Электроснабжение сельского хозяйства

электроснабжение
сельского 
хозяйства

2015

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

Под редакцией Г.И. Януковича

Рекомендовано  
Учебно-методическим объединением высших  
учебных заведений Республики Беларусь по образованию  
в области сельского хозяйства в качестве практикума для студентов  
высших учебных заведений, обучающихся по специальности  
«Энергетическое обеспечение сельского хозяйства»
(соответствует направлению подготовки 35.03.06 «Агроинженерия»)

ПрактикУМ

УДК 631.172:621.311(075.8) 
ББК 31.2791я73  
 
Э45

Электроснабжение сельского хозяйства : практикум / 
Г.И. Янукович, И.В. Протосовицкий, А.И. Зеленькевич 
[и др.] ; под ред. Г.И. Януковича. — Минск : Новое знание ; 
М. : ИНФРА-М, 2015. — 516 с. : ил. — (Высшее образование: 
Бакалавриат).

ISBN 978-985-475-704-9 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010297-9 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102237-5 (ИНФРА-М, online).

Кратко изложены теоретические сведения по основным темам 
практических занятий и лабораторных работ курса «Электроснабже- 
ние сельского хозяйства». Каждая тема включает методические реко- 
мендации, примеры расчетов и справочные данные, необходимые для 
выполнения курсовых и дипломных проектов.
Для студентов электротехнических специальностей вузов и уча- 
щихся колледжей сельскохозяйственного профиля. Может быть поле- 
зен инженерно-техническим работникам различных отраслей энерге- 
тики.

УДК 631.172:621.311(075.8)
ББК 31.2791я73

Э45

 
© ООО «Новое знание», 2014

А в т о р ы :
Г.И.  Янукович,  И.В.  Протосовицкий,  А.И.  Зеленькевич,  Г.И.  Кожарнович, Г.Г. Усов

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра  «Электроснабжение»  Белорусского  национального  технического университета; 
зам. генерального директора  ОАО  «Белсельэлектрострой» В.В. Сорока

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 1 ст. 11

ISBN 978-985-475-704-9 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-010297-9 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102237-5 (ИНФРА-М, online).

Оглавление

Предисловие..............................................................................................................................9

Список.основных.сокращений.........................................................................................10

Глава 1. Электрические нагрузки..................................................................................11
1.1..Основные.характеристики.электрических.нагрузок........................................11
1.2..Методы.расчета.электрических.нагрузок.............................................................14
1.3..Нагрузки.на.вводах.к.потребителям......................................................................16
1.3.1..Определение.расчетной.нагрузки.на.вводе..
в.сельский.жилой.дом......................................................................................16
1.3.2..Определение.расчетных.нагрузок.производственных,.
общественных,.животноводческих.помещений.
и.комплексов,.коммунальных.и.прочих.потребителей........................17
1.3.3..Определение.расчетных.нагрузок.предприятий.
по.переработке.сельскохозяйственной.продукции................................17
1.3.4..Определение.расчетных.нагрузок.наружного.освещения..................18
1.3.5..Определение.расчетной.нагрузки.электротеплоснабжения...............22
1.4..Нагрузки.комплексов.по.промышленному.производству.
сельскохозяйственной.продукции..........................................................................24
1.4.1..Методы.определения.нагрузок......................................................................24
1.4.2..Определение.расчетной.нагрузки.по.сменному.
или.суточному.графику.нагрузок................................................................25
1.4.3..Определение.расчетной.нагрузки.по.установленной.
мощности.электроприемников......................................................................30
1.4.4..Расчет.электрических.нагрузок.методом.упорядоченных..
диаграмм................................................................................................................31
1.4.5..Определение.расчетной.нагрузки.для.проектируемых.
объектов.по.данным.замеров.на.работающих.объектах,.
идентичных.проектируемым..........................................................................46
1.5..Расчет.электрических.нагрузок.в.электрических.сетях.
напряжением.380/220.В.............................................................................................47
1.6..Расчет.электрических.нагрузок.в.сетях.напряжением.10.кВ.......................75
1.7..Расчет.электрических.нагрузок.в.сетях.напряжением.35.и.110.кВ...........94

Глава 2. Электрические сети............................................................................................96
2.1..Виды.расчетов.воздушных.и.кабельных.линий.................................................96
2.2..Выбор.площади.сечения.проводов.и.кабелей.по.нагреву..............................97
2.2.1..Основные.сведения............................................................................................97
2.2.2..Выбор.пощади.сечения.проводов.и.кабелей,.защищенных.
плавкими.предохранителями,.по.допустимому.нагреву.................. 101

Оглавление
4

2.2.3..Выбор.площади.сечения.проводов.и.кабелей,.защищенных.
автоматическими.выключателями,.по.допустимому.нагреву........ 105
2.2.4..Особенности.расчета.изолированных.проводов.................................. 118
2.3..Выбор.площади.сечения.проводов.по.экономическим.интервалам.
нагрузок.(метод.приведенных.затрат)............................................................... 123
2.4..Определение.площади.сечения.проводов.по.экономической.
плотности.тока............................................................................................................ 135
2.5..Выбор.площади.сечения.проводов.по.допустимой.потере..
напряжения.................................................................................................................. 139
2.5.1..Общие.сведения............................................................................................... 139
2.5.2..Расчет.магистралей.трехфазного.тока.при.постоянном.
сечении.проводов............................................................................................ 143
2.5.3..Определение.площади.сечения.проводов.по.условию.
наименьшего.расхода.цветного.металла................................................. 145
2.6..Проверка.проводников.по.условиям.короны.................................................. 150
2.7..Проверка.электрической.сети.напряжением.380.В.на.возможность.
пуска.асинхронных.короткозамкнутых.двигателей...................................... 152
2.8..Проверка.сети.напряжением.380/220.В.на.возможность.
срабатывания.защиты.при.однофазных.коротких.замыканиях............... 157
2.9..Выбор.аппаратов.защиты.для.электрических.линий.
напряжением.380/220.В.......................................................................................... 159
2.9.1..Общие.сведения............................................................................................... 159
2.9.2..Выбор.предохранителей.для.защиты.наружных.сетей.
напряжением.0,38.кВ..................................................................................... 161
2.9.3..Выбор.автоматических.выключателей.для.защиты.
наружных.сетей.напряжением.0,38.кВ................................................... 162
2.10..Расчет.замкнутых.линий....................................................................................... 167
2.10.1..Замкнутые.электрические.сети................................................................ 167
2.10.2..Расчет.линии.с.двусторонним.питанием............................................. 168
2.10.3..Расчет.сложной.замкнутой.сети.............................................................. 171
2.11..Определение.допустимых.потерь.напряжения..
в.электрических.сетях............................................................................................ 180
2.12..Определение.потерь.энергии.в.электрических.сетях................................. 185
Лабораторная.работа.№.1..Исследование.радиальной.линии.
с.несимметричной.нагрузкой.фаз................................................................................. 188
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 192
Содержание.отчета..................................................................................................... 195
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 195
Лабораторная.работа.№.2..Исследование.режимов.работы.линии.
с.двусторонним.питанием............................................................................................... 196
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 199
Содержание.отчета..................................................................................................... 201
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 202

Оглавление
5

Лабораторная.работа.№.3..Регулирование.напряжения..
радиальной.сети.................................................................................................................. 202
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 204
Содержание.отчета..................................................................................................... 206
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 207
Лабораторная.работа.№.4..Исследование.режима.напряжения.
сельской.радиальной.сети.и.выбор.надбавок.у.трансформатора..................... 207
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 209
Содержание.отчета..................................................................................................... 212
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 213

Глава 3. Расчет токов короткого замыкания......................................................... 214
3.1..Общие.сведения.о.коротких.замыканиях......................................................... 214
3.2..Порядок.расчета.токов.короткого.замыкания................................................. 216
3.3..Определение.сопротивлений.схемы.замещения.
и.преобразование.ее.в.простейший.вид............................................................. 218
3.3.1..Метод.именованных.единиц....................................................................... 218
3.3.2..Метод.относительных.единиц.................................................................... 220
3.3.3..Преобразование.схемы.замещения........................................................... 221
3.4..Определение.токов.короткого.замыкания.в.сети,.питающейся.
от.мощной.энергосистемы...................................................................................... 223
3.5..Определение.тока.короткого.замыкания.по.расчетным.кривым............. 228
3.6..Расчет.токов.короткого.замыкания.в.точке,.питающейся.
от.разноудаленных.источников............................................................................ 234
3.7..Расчет.токов.при.несимметричном.коротком.замыкании.......................... 238
3.8..Расчет.токов.короткого.замыкания.в.сетях.напряжением..
380/220.В...................................................................................................................... 245
3.9..Определение.тока.замыкания.на.землю.в.системах.
с.изолированной.нейтралью.................................................................................. 249

Глава 4. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей 
распределительных устройств...................................................................................... 251
4.1..Выбор.аппаратов.по.условиям.нормального.режима.работы.................... 251
4.2..Проверка.аппаратов.и.токоведущих.частей.по.режиму.
короткого.замыкания................................................................................................ 253
4.2.1..Проверка.на.электродинамическую.устойчивость............................. 253
4.2.2..Проверка.на.термическую.устойчивость................................................ 254
4.3..Выбор.и.проверка.выключателей......................................................................... 256
4.4..Выбор.и.проверка.разъединителей...................................................................... 257
4.5..Выбор.и.проверка.предохранителей................................................................... 258
4.6..Выбор.и.проверка.выключателей.нагрузки...................................................... 258
4.7..Выбор.и.проверка.трансформаторов.тока......................................................... 260
4.8..Выбор.и.проверка.трансформаторов.напряжения......................................... 263

Оглавление
6

4.9..Выбор.и.проверка.токоведущих.частей.распределительных..
устройств....................................................................................................................... 265
4.10..Выбор.и.проверка.изоляторов............................................................................. 273
Лабораторная.работа.№.5..Предохранители,.разъединители.
и.выключатели.нагрузки.................................................................................................. 285
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 297
Содержание.отчета..................................................................................................... 297
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 298
Лабораторная.работа.№.6..Малообъемные.масляные.
и.электромагнитные.выключатели.............................................................................. 298
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 315
Содержание.отчета..................................................................................................... 315
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 315
Лабораторная.работа.№.7..Вакуумные.выключатели.......................................... 316
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 326
Содержание.отчета..................................................................................................... 326
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 326
Лабораторная.работа.№.8..Измерительные.трансформаторы.тока.
и.напряжения....................................................................................................................... 327
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 336
Содержание.отчета..................................................................................................... 338
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 338
Лабораторная.работа.№.9..Трубчатые.и.вентильные.разрядники,.
ограничители.перенапряжений..................................................................................... 339
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 359
Содержание.отчета..................................................................................................... 359
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 359
Лабораторная.работа.№.10..Комплектные.трансформаторные.
подстанции.напряжением.10/0,4.кВ........................................................................... 360
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 370
Содержание.отчета..................................................................................................... 370
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 370

Глава 5. Релейная защита.............................................................................................. 371
5.1..Требования.к.релейной.защите............................................................................. 371
5.2..Защита.воздушных.и.кабельных.линий.напряжением..
10...110.кВ...................................................................................................................... 372
5.2.1..Общие.сведения............................................................................................... 372
5.2.2..Токовая.отсечка................................................................................................ 374
5.2.3..Максимальная.токовая.защита.................................................................. 375
5.2.4..Схемы.максимальной.токовой.защиты................................................... 376
5.2.5..Согласование.защит.на.селективность................................................... 380

Оглавление
7

5.3..Защита.трансформаторов........................................................................................ 385
5.3.1..Общие.сведения............................................................................................... 385
5.3.2..Защита.трансформаторов.плавкими.предохранителями................. 386
5.3.3..Токовая.отсечка................................................................................................ 389
5.3.4..Максимальная.токовая.защита.................................................................. 390
5.3.5..Дифференциальная.токовая.защита........................................................ 391
5.3.6..Защита.от.перегрузки.................................................................................... 397
5.3.7..Газовая.защита.................................................................................................. 397
Лабораторная.работа.№.11..Электромагнитные.реле.тока..
и.напряжения....................................................................................................................... 398
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 403
Содержание.отчета..................................................................................................... 405
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 405
Лабораторная.работа.№.12..Комбинированные.токовые.реле.
серий.РТ‑80,.РТ‑90............................................................................................................ 406
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 410
Содержание.отчета..................................................................................................... 413
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 413
Лабораторная.работа.№.13..Максимальные.токовые.защиты.
на.оперативном.переменном.токе................................................................................ 414
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 417
Содержание.отчета..................................................................................................... 420
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 421
Лабораторная.работа.№.14..Схемы.соединения.трансформаторов.
тока.и.реле............................................................................................................................. 421
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 424
Содержание.отчета..................................................................................................... 427
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 427
Лабораторная.работа.№.15..Согласование.максимальных.токовых.
защит.с.независимыми.выдержками.времени......................................................... 427
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 432
Содержание.отчета..................................................................................................... 435
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 435
Лабораторная.работа.№.16..Исследование.схемы.автоматического.
включения.резервного.питания.................................................................................... 436
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 445
Содержание.отчета..................................................................................................... 446
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 446
Лабораторная.работа.№.17..Устройства.автоматического.
повторного.включения...................................................................................................... 446
Порядок.выполнения.работы................................................................................ 452
Содержание.отчета..................................................................................................... 452
Контрольные.вопросы.и.задания......................................................................... 452

Оглавление
8

Приложения......................................................................................................................... 454
1..Технические.зарактеристики.проводов,.кабелей,.трасформаторов.
и.электродвигателей.......................................................................................................... 454
2..Мачтовая.трансформаторная.подстанция.мощностью.25...10.кВ.⋅.А.
и.напряжением.6(10).кВ.................................................................................................. 467
3..Мачтовая.трансформаторная.подстанция.однофазная.
МТПО‑10/6(10)/0,23........................................................................................................ 470
4..Комплектная.трансформаторная.подстанция.(КТП).тупикового.
и.проходного.типа.мощностью.63...400.кВ.⋅.А................................................................473
5..КТП.тупикового.и.проходного.типа.мощностью.400.и.630.кВ.⋅.А.
и.напряжением.6(10).кВ.................................................................................................. 478
6..КТП.тупикового.типа.мощностью.630.и.1000.кВ.⋅.А.и.напряжением.
6(10).кВ.................................................................................................................................. 484
7..Комплектные.трансформаторные.подстанции.типа.КТП‑02,.КТП‑04.
и.КТПР.мощностью.25.и.250.кВ.⋅.А.и.напряжением.6(10).кВ........................ 488
8..Комплектные.трансформаторные.подстанции.типа.КТПП‑2×630/10...... 492
9..Комплектные.трансформаторные.подстанции.блочные.(модульные).
КТПБ(М).наппряжением.35...220.кВ......................................................................... 493
10..Допустимые.длительные.токи.для.проводов.различных.типов................ 495
11..Характеристики.выключателей.различных.типов.......................................... 505
12..Суммирование.нагрузок.в.сетях.различного.типа.......................................... 508
13..Удельные.потери.напряжения................................................................................ 510
14..Значения.поправочных.коэффициентов.и.допустимый.ток.для.шин.... 512
15..Технические.характеристики.реле.различных.серий..................................... 513

Рекомендуемая.литература............................................................................................. 515

Предисловие

Дисциплина.«Электроснабжение.сельского.хозяйства».в.учреждениях.высшего.образования.сельскохозяйственного.профиля.изучается.
на.завершающем.этапе.обучения.с.целью.формирования.у.будущего.
специалиста.системы.знаний.и.практических.навыков,.необходимых.
для. решения. задач,. связанных. с. электроснабжением. сельскохозяйственных.предприятий.и.сельских.населенных.пунктов.
В.учебных.планах.по.данной.дисциплине,.кроме.лекционного.курса,.
предусмотрено.проведение.практических.занятий.и.лабораторных.работ,.а.также.выполнение.курсового.(а.некоторыми.выпускниками.—.
дипломного).проекта.
В. результате. изучения. дисциплины. специалисты. должны. уметь.
рассчитывать.электрические.нагрузки,.выбирать.типы.и.мощности.источников. питания,. выполнять. расчеты. электрических. сетей. и. токов.
короткого.замыкания,.выбирать.оборудование.трансформаторных.подстанций,.распределительных.устройств.и.виды.релейных.защит.
В. данном. учебном. пособии. представлена. методика. проведения.
практических.занятий.по.расчету.электрических.нагрузок.и.токов.короткого.замыкания,.по.выбору.сечений.проводов.линий.электропередачи,.оборудования.распределительных.устройств.и.трансформаторных.
подстанций.. Лабораторные. работы. предусматривают. теоретические.
исследования.режимов.работы.электрических.сетей,.изучение.конструкции. электрических. установок,. аппаратов,. оборудования. и. устройств.
релейной.защиты.и.автоматики.
В. книге. даны. методические. рекомендации,. приведены. примеры.
и.справочные.данные,.необходимые.для.расчетов.как.на.практических.
занятиях,.так.и.при.выполнении.курсовых.и.дипломных.проектов.
Пособие.состоит.из.пяти.глав.(электрические.нагрузки,.расчет.линий.электропередачи,.расчет.токов.короткого.замыкания,.выбор.электрических.аппаратов,.релейная.защита).и.приложения.
Материал.пособия.распределен.между.авторами.следующим.образом:.гл..1–4.написал.Г.И..Янукович;.гл..5.—.И.В..Протосовицкий;.лабораторные.работы.№.1–4.написали.Г.И..Янукович,.Г.И..Кожарнович,.
А.И..Зеленькевич;.№.5–10.—.Г.И..Янукович,.Г.И..Кожарнович,.А.И..Зеленькевич,.Г.Г..Усов;.№.11–15.—.Г.И..Янукович,.И.В..Протосовицкий,.
А.И..Зеленькевич,.Г.И..Кожарнович,.Г.Г..Усов;.№.16–17.—.Г.И..Янукович,.Г.И..Кожарнович,.И.В..Протосовицкий,.А.И..Зеленькевич.

Список основных сокращений

.
АВР. —.автоматическое.включение.резервного.питания
.
АПВ. —.автоматическое.повторное.включение
.
АРВ. —.автоматический.регулятор.возбуждения
.
АРН. —.автоматический.регулятор.напряжения
.
БУ. —.блок.управления
.
ВВ. —.вакуумный.выключатель
.
ВДК. —.вакуумная.дугогасительная.камера
.
ВЛ. —.воздушная.линия.электропередачи
.
ВЛП. —.воздушная.линия.с.покрытыми.проводами
.
ЗТП. —.закрытая.трансформаторная.подстанция
.
КЗ. —.короткое.замыкание
.
КПД. —.коэффициент.полезного.действия
.
КРУ. —.комплектное.распределительное.устройство
.
КСО. —.камера.станционная.одностороннего.обслуживания
.
КТП. —.комплектная.трансформаторная.подстанция
.КТПМ. —.комплектная.трансформаторная.подстанция.мачтовая
. ЛАТР. —.лабораторный.автотрансформатор
.
ЛЭП. —.линия.электропередачи
.
МТЗ. —.максимальная.токовая.защита
.
МТП. —.мачтовая.трансформаторная.подстанция
.МТПО. —.мачтовая.трансформаторная.подстанция.однофазная
.
ОПН. —.ограничитель.перенапряжения
.
ПБВ. —.переключение.без.возбуждения
.
ПЗ. —.промежуток.защитный
.
ПНТ. —.промежуточный.насыщающий.трансформатор
.
ПУЭ. —.Правила.устройства.электроустановок
.
ПЭ. —.полиэтилен
.
РВ. —.разрядник.вентильный
.
РДИ. —.разрядник.длинноискровой
.
РТ. —.разрядник.трубчатый
.
РУ. —.распределительное.устройство
. РУВН. —.распределительное.устройство.высшего.напряжения
. РУНН. —.распределительное.устройство.низшего.напряжения
.
РЭС. —.район.электрических.сетей
.
СИП. —.самонесущий.изолированный.провод
.
ТО. —.токовая.отсечка
.
ТП. —.трансформаторная.подстанция
.ФНОП. —.фильтр.напряжения.обратной.последовательности
.
ЭДС. —.электродвижущая.сила