Проектирование электроснабжения

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


ǶǷǵǬDZǹǯǷǵǩǧǴǯǬȄDzǬDZǹǷǵǸǴǧǨǭǬǴǯȆ


ǺȞȌȈȔȕȌ ȖȕȘȕȈȏȌ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ
ªǯȔțȗȇǯȔȍȌȔȌȗȏȦ«

 

УДК 621.31 
ББК 31.28 
П79 
 
 
Авторы: 
Патшин Н. Т., Варганова А. В., Газизова О. В., Панова Е. А.  
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой автоматизированных 
систем управления Магнитогорского государственного технического  
университета им. Г. И. Носова Андреев Сергей Михайлович; 
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры автоматики и управления 
Московского политехнического университета Гасияров Вадим Рашитович; 
кандидат технических наук, заместитель начальника цеха  
по электрооборудованию паровоздуходувной электростанции 
ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат»  
Тарасов Владимир Маркелович 
 
 
П79   
Проектирование электроснабжения : учебное пособие / [Патшин Н. Т. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 504 с. : 
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1534-7 
 
Показаны методы определения расчетных электрических нагрузок, 
разработки схем внутризаводского электроснабжения. Рассмотрено проектирование внутрицеховой электрической сети. Даны вопросы организации 
дипломного проектирования, тематика возможных тем, структура ВКР и 
рекомендации по выполнению основных разделов работы.  
Для студентов, обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение» академического и прикладного бакалавриата всех форм обучения и приступивших к 
дипломному проектированию. 
 
УДК 621.31 
ББК 31.28 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1534-7 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
............................................................................................................ 7 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 8 
 
РАЗДЕЛ 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЫПУСКНОЙ  
КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ .......................................................................... 9 
ГЛАВА 1. ПОРЯДОК ОРГАНИЗАЦИИ ПОДГОТОВКИ, ВЫПОЛНЕНИЯ  
И ЗАЩИТЫ ............................................................................................................... 9 
1.1. Задание на выпускную квалификационную работу ................................... 9 
1.2. Руководство выпускной квалификационной работой 
................................ 9 
1.3. Порядок представления законченной выпускной  
квалификационной работы в Государственную аттестационную  
комиссию (ГАК) .................................................................................................. 10 
1.4. Защита выпускной квалификационной работы ........................................ 10 
1.5. Тематика выпускных квалификационных работ ...................................... 11 
1.6. Исходные данные для проектирования ..................................................... 12 
1.7. Структура выпускной квалификационной работы 
................................... 14 
1.8. Требования к выполнению и оформлению выпускной  
квалификационной работы 
................................................................................. 15 
 
РАЗДЕЛ 2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОСНОВНЫХ  
РАЗДЕЛОВ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ ....................... 16 
ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ  
ПРЕДПРИЯТИЙ 
...................................................................................................... 16 
2.1. Общие сведения 
............................................................................................ 16 
2.2. Методы определения расчетных электрических нагрузок ...................... 18 
 
ГЛАВА 3. ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 
.................................................. 34 
3.1. Источники питания ...................................................................................... 34 
3.2. Пункты приема электроэнергии ................................................................. 35 
3.3. Определение местоположения источников питания 
................................ 38 
3.4. Выбор номинальных напряжений питающих  
и распределительных сетей 
................................................................................ 45 
 
ГЛАВА 4. ВЫБОР СХЕМ ПИТАЮЩИХ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ  
СЕТЕЙ ...................................................................................................................... 49 
4.1. Главные понизительные подстанции, подстанции глубокого ввода 
...... 49 
4.2. Разработка схем внутризаводского электроснабжения ........................... 54 
4.2.1. Общие положения ................................................................................. 54 
4.2.2. Схемы внутризаводской распределительной сети ............................ 61 
3 

4.3. Проектирование внутрицеховой электрической сети .............................. 71 
4.4. Питание подъемно-транспортных установок 
.......................................... 106 
4.5. Конструктивное исполнение внутризаводской сети. Кабели,  
токопроводы ...................................................................................................... 114 
4.6. Выбор сечений питающих и распределительных сетей ........................ 123 
4.6.1. Выбор сечений проводников по нагреву 
.......................................... 123 
4.6.2. Выбор сечений проводников по условиям короткого  
замыкания ...................................................................................................... 125 
4.6.3. Выбор проводников по экономической плотности тока ................ 140 
 
ГЛАВА 5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ 
РАСЧЕТОВ ............................................................................................................ 143 
 
ГЛАВА 6. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. ВЫБОР  
И ПРОВЕРКА ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ .......................... 150 
6.1. Расчетные условия определения токов короткого замыкания .............. 150 
6.2. Расчет тока трёхфазного короткого замыкания  
в электроустановках переменного тока выше 1000 В ................................... 167 
6.3. Пример расчёта тока трехфазного КЗ в системе  
электроснабжения предприятия напряжением выше 1 Кв ........................... 176 
6.4. Особенности определения токов короткого замыкания в сетях  
до 1 кВ ................................................................................................................ 190 
6.4.1. Общие рекомендации по выполнению расчётов ............................. 190 
6.4.2. Определение начального значения периодической  
составляющей тока КЗ 
.................................................................................. 193 
6.4.3. Определение апериодической составляющей тока короткого  
замыкания ...................................................................................................... 199 
6.4.4. Расчёт ударного тока короткого замыкания .................................... 200 
6.4.5. Определение периодической составляющей тока КЗ  
в произвольный момент времени ................................................................ 201 
6.4.6. Учёт комплексной нагрузки в расчётах коротких замыканий ....... 204 
6.4.7. Учёт сопротивления электрической дуги 
......................................... 205 
6.4.8. Пример расчета токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ .................. 208 
6.4.9. Расчет токов несимметричных КЗ. Определение тока  
однофазного короткого замыкания ............................................................. 218 
6.4.10. Пример определения токов однофазного короткого  
замыкания ...................................................................................................... 223 
6.5. Выбор и проверка основного электрооборудования 
.............................. 229 
6.5.1. Выбор по условиям продолжительных режимов ............................ 230 
6.5.2. Проверка на термическую стойкость 
................................................ 232 
6.5.3. Проверка на электродинамическую стойкость 
................................ 233 
6.5.4. Проверка на коммутационную способность .................................... 233 
4 

6.5.5. Условия выбора и проверки электрических аппаратов  
разного вида 
................................................................................................... 236 
6.5.6. Виды исполнения основного электрооборудования систем  
электроснабжения ......................................................................................... 237 
 
ГЛАВА 7. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА СИСТЕМ  
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
...................................................................................... 243 
7.1. Требования к устройствам релейной защиты и автоматики ................. 243 
7.2. Исходные данные и объём раздела проектирования РЗиА ................... 245 
7.3. Расчёт защит ............................................................................................... 247 
7.3.1. Токовые защиты трансформаторов 
................................................... 247 
7.3.2. Расчёт максимальной токовой защиты и отсечки  
на стороне ВН ................................................................................................ 247 
7.3.3. Дифференциальная защита трансформатора ................................... 250 
7.4. Пример расчёта защиты трёхобмоточного трансформатора 
................. 258 
7.4.1. Расчёт сопротивлений схемы замещения ......................................... 260 
7.4.2. Расчеты токов КЗ................................................................................. 263 
7.4.3. Расчёт токовых защит 
......................................................................... 265 
7.4.4. Расчет дифференциальной защиты ................................................... 276 
7.5. Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты 
........................ 284 
7.6. Прнципы построения схем управления, защиты и сигнализации ........ 297 
7.7. Схемы защиты силового трансформатора на постоянном  
оперативном токе .............................................................................................. 310 
 
ГЛАВА 8. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И КОМПЕНСАЦИЯ  
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 
............................................................................. 325 
8.1. Источники реактивной мощности ............................................................ 325 
8.2. Определение мощности батарей конденсаторов в сети  
напряжением выше 1 кВ 
................................................................................... 330 
8.3. Показатели качества электроэнергии в проектах  
электроснабжения ............................................................................................. 333 
8.4. Компенсация реактивной мощности в сетях с нелинейной  
и резкопеременной нагрузкой 
.......................................................................... 341 
8.4.1. Определение коэффициентов гармонических составляющих  
напряжения .................................................................................................... 343 
8.4.2. Компенсация высших гармонических составляющих тока............ 346 
8.4.3. Компенсация реактивной мощности при несимметричных  
нагрузках ........................................................................................................ 350 
8.4.4. Компенсация реактивной мощности в сетях  
с резкопеременной нагрузкой ...................................................................... 356 
 
ГЛАВА 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ 
......... 359 
9.1. Системы и виды освещения ...................................................................... 359 
5 

9.2. Источники света ......................................................................................... 365 
9.3. Светильники. Выбор светильников 
.......................................................... 374 
9.4. Расположение светильников ..................................................................... 381 
9.5. Светотехнические расчёты 
........................................................................ 387 
9.5.1. Расчёт освещения методом коэффициента использования  
светового потока............................................................................................ 387 
9.5.2. Расчёт освещенности методом удельной мощности ....................... 394 
9.5.3. Расчёт освещения точечным методом .............................................. 400 
9.6. Электротехническая часть 
......................................................................... 403 
9.6.1. Определение электрических нагрузок осветительной сети ........... 405 
9.6.2. Выбор сечений проводников осветительной сети по нагреву ....... 405 
9.6.3. Выбор сечения проводников по допустимой потере  
напряжения .................................................................................................... 413 
9.6.4. Схемы построения осветительных сетей 
.......................................... 419 
9.7. Пример расчёта электрического освещения............................................ 423 
9.7.1. Светотехнический расчет освещения ............................................... 423 
9.7.2. Расчёт электрической сети рабочего освещения ............................. 429 
 
ГЛАВА 10. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИПЛОМНОГО  
ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС  
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ» .................... 433 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 441 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
...................................................................... 442 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................................... 451 
Приложение 1. Условные графические и буквенные обозначения  
некоторых элементов в схемах электроснабжения ........................................... 451 
Приложение 2. Справочные данные к расчётам электрических сетей 
............ 467 
Приложение 3. Справочные данные к разделу «Релейная защита» ................ 477 
Приложение 4. Данные к расчётам электрического освещения ...................... 492 
 
6 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Развитие и усложнение систем электроснабжения, внедрение новых типов 
проводниковых материалов, коммутационных аппаратов, комплектных устройств управления и распределения электроэнергии, переход на новую элементную базу устройств защиты и автоматики и другие особенности современного состояния электроснабжения предъявляют жесткие требования к подготовке квалифицированных специалистов в области электроснабжения. 
Важная роль в становлении специалиста принадлежит периоду дипломного проектирования, периоду, в котором выпускнику необходимо показать 
свои возможности практически применять теоретические знания, ставить и самостоятельно решать инженерные задачи в области электроснабжения. 
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение» академического и прикладного бакалавриата всех форм обучения и 
приступивших к дипломному проектированию (подготовке выпускной квалификационной работы - ВКР). В пособии рассмотрены вопросы организации дипломного проектирования, тематика возможных тем, структура ВКР и даны рекомендации по выполнению основных разделов работы.  
При подготовке и написании пособия, авторы систематизировали свой 
многолетний опыт и опыт кафедры по руководству курсовым и дипломным 
проектированием студентами специальности 140211 «Электроснабжение». 
Учебное пособие содержит описание программных продуктов, разработанных 
на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, имеющих 
практику многолетнего использования в курсовом и дипломном проектировании студентами кафедры, и обеспечивающих автоматизированное решение ряда проектных задач при разработке систем электроснабжения промышленных 
предприятий. 
 
7 

ВВЕДЕНИЕ 
Дипломное проектирование является заключительным этапом обучения 
студентов и имеет своей целью систематизацию и закрепление теоретических 
знаний, умений и практических навыков по специальности и применение их 
при самостоятельном решении конкретных технических, научных и экономических задач электроснабжения. Дипломный проект - это выпускная квалификационная работа на соискание квалификации «бакалавр направления 13.03.02 
«Электроэнергетика и электротехника» профиля «Электроснабжение» и является самостоятельной творческой работой, основной задачей которой является 
приобретение практических навыков по комплексному проектированию систем 
электроснабжения, включая выполнение конкретных расчетов и графической 
части, применение новейших образцов электрооборудования, принятие технических решений на основе технико-экономического обоснования, обеспечение 
условий безопасного обслуживания электроустановок. 
Требования к содержанию, объему и структуре дипломного проекта (работе) определяются высшим учебным заведением на основании Положения о 
государственной (итоговой) аттестации выпускников высших учебных заведений Российской Федерации, утвержденным Министерством образования и 
науки России, Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по направлению подготовки дипломированного специалиста «Электроэнергетика» и методических рекомендаций 
Учебно-методического объединения (УМО) по образованию в области энергетики и электротехники. 
8 

РАЗДЕЛ 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ  
ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 
ГЛАВА 1. ПОРЯДОК ОРГАНИЗАЦИИ ПОДГОТОВКИ,  
ВЫПОЛНЕНИЯ И ЗАЩИТЫ  
1.1. Задание на выпускную квалификационную работу 
К работе над ВКР допускаются студенты, полностью выполнившие учебный план специальности. Допуск студентов к дипломированию оформляется 
приказом директора института энергетики и автоматизированных систем 
(ИЭиАС) или заочного института для студентов заочной формы обучения, в которых за студентом закрепляется тема и руководитель выпускной квалификационной работы. 
Студентам дневной и заочной форм обучения темы ВКР устанавливаются 
перед выполнением курсового проекта по дисциплине «Электроснабжение»  
на основании отчетов по производственной практике (дневная форма) или по 
месту работы студентов-заочников. Окончательно темы ВКР уточняются перед 
прохождением преддипломной практики. Руководитель ВКР при участии студента составляет задание на проект по форме, приведенной в [2]. Вопрос для 
углубленной проработки определяется руководителем проекта в период прохождения преддипломной практики. 
После окончания практики студент должен представить руководителю 
оформленный отчет, содержащий пояснительную записку, основные чертежи и 
схемы. Отчет должен включать заключение руководителя практики со стороны 
организации прохождения практики и заверенную печатью подпись. Руководитель проекта оценивает представленный отчет, уточняет задание на работу, составляет календарный план работы студента, определяет периодичность и форму отчетности о проделанной работе. Заполненный бланк задания утверждается 
заведующим кафедрой. 
1.2. Руководство выпускной квалификационной работой 
Руководитель ВКР назначается заведующим кафедрой из числа преподавателей кафедры. 
Руководители проектов проводят консультации в соответствии с расписанием, утвержденным заведующим кафедрой. Консультанты доводят до сведения студентов расписание своих консультаций и осуществляют проверку соответствующих разделов проекта. 
 
9 

В обязанности руководителя ВКР входит: 
 составление вместе со студентом задания на ВКР и календарного плана 
его выполнения; 
 проведение консультаций (не реже одного раза в неделю); 
 систематический контроль за выполнением студентом календарного 
плана; 
 помощь в подборе литературы, справочных материалов, информации по 
выбору современного оборудования и др.; 
 периодическое информирование (не реже одного раза в три недели) выпускающей кафедры о ходе дипломного проектирования; 
 проверка качества разработки отдельных разделов проекта; 
 проверка законченного проекта и составление отзыва о работе студента 
и качестве выполненного проекта. 
В работе над ВКР студент должен проявить самостоятельность; он несет 
полную ответственность за принятые решения. Роль руководителя и консультантов заключается в том, чтобы дать разъяснения по принципиальным вопросам, возникающим у студентов, обеспечить контроль за правильностью общего 
направления проектирования и объема проекта. 
1.3. Порядок представления законченной выпускной квалификационной 
работы в Государственную аттестационную комиссию (ГАК) 
Полностью законченная и оформленная выпускная квалификационная 
работа, подписанная студентом и консультантами, передается руководителю 
ВКР для заключения. После чтения пояснительной записки и просмотра графической части руководитель подписывает работу и пишет отзыв о представленной работе. После подписи руководителем никакие исправления и дополнения 
ни в пояснительную записку, ни в чертежи вносить не разрешается. 
Подписанная руководителем ВКР и его отзыв о работе представляется 
студентом заведующему выпускающей кафедры для нормоконтроля и заключения не позднее трех дней до защиты проекта в ГАК. При непредставлении в 
срок работы, при наличии существенных ошибок и отклонений от задания в законченной работе, а также отрицательного отзыва руководителя студент может 
быть не допущен к защите. По решению заведующего кафедрой выпускная 
квалификационная работа может быть направлена на рецензирование.  
1.4. Защита выпускной квалификационной работы 
За 6-8 недель до защиты по согласованию с руководителями заведующий 
кафедрой предоставляет на заседание кафедры проект графика защит выпускных 
квалификационных работ в ГАК, который затем утверждается директорами 
ИЭиАС и заочного институтов. График защит доводится до сведения студентов. 
10