Электроснабжение сельского хозяйства

электроснабжение
сельского 
хозяйства
ПРАКТИКУМ
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»)
 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»
2015

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 1 ст. 11
УДК 631.172:621.311(075.8) 
ББК 31.2791я73  
 
Э45
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
Электроснабжение сельского хозяйства : практикум / 
Э45
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
©
© ООО «Новое знание», 2014
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. У
сов; № 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