Методика определения потребности в средствах электроснабжения для социального развития села

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное научное учреждение
Научно-проектный центр «Гипронисельхоз»

ВВЕДЕНИЕ

Выбор оптимальной схемы электроснабжения, в том числе и электроснабжения сельских населенных пунктов, представляет собой очень сложную задачу.

Данная методика позволяет проектировщику объективно выбрать электрические нагрузки, связанные с социальным развитием и жизнедеятельностью сельского населения и рассчитать оптимальную мощность требуемых трансформаторных подстанций.

Методика предназначена для использования как при строительстве новых объектов жилого сектора в сельской местности с необходимой социальной инфраструктурой, так и при реконструкции и расширении существующих сельских поселений.

В методике изложены удельные показатели (нормативы) расхода электрической энергии для определения суммарных объемов электропотребления и приведен метод определения потребности в средствах электроснабжения.

Методика рекомендуется для работников проектных организаций и специалистов сельского хозяйства.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Методика предназначена для определения потребности в электроэнергии и средствах электроснабжения как для действующих, так и вновь создаваемых сельских энергопотребителей (объектов быта, приусадебных и фермерских хозяйств, жилого сектора на селе) на разных уровнях организации:

- потребность в электроэнергии и расчетная мощность для конкретного объекта (дома, усадьбы, предприятия и т.д.);

- потребность в электроэнергии и расчетная мощность для поселка, хозяйства;

- потребность в электроэнергии и мощность трансформаторных подстанций для района, области, региона.

Нормирование электропотребления в быту села состоит в установлении меры потребления электрической энергии для заданных условий функционирования объектов.

Последовательность расчета норм:

- определение нормативов расхода электрической энергии по каждому электроприемнику, процессу на принятый показатель (м² площади, гол. животного, сельский житель);

- сумма нормативов является нормой для более обобщенного показателя - расхода электроэнергии по каждому дому, предприятию, хозяйству, - которая в свою очередь служит нормативом для более высокого уровня (поселок, район, область, регион).

Таким образом, норма (норматив) расхода электрической энергии в быту села - величина расхода электроэнергии в расчете на принятый удельный показатель.

В методике представлены дифференцированные нормы (нормативы) для следующих сельских бытовых потребителей:

- жилой сектор;

- личное приусадебное хозяйство (ЛПХ);

- сфера культурно-бытового обслуживания;

- фермерские (крестьянские) хозяйства.

Расход электроэнергии в жилом секторе, ЛПХ и фермерских хозяйствах зависит от ряда факторов, обусловленных:

- спецификой формирования сельских населенных пунктов;

- условиями их планировки и застройки;

- особенностями энергоснабжения (наличие, или отсутствие сетевого газа, централизованного теплоснабжения, водоснабжения, канализации);

- формами и методами ведения ЛПХ;

- наличием предприятий и учреждений сферы культурно-бытового обслуживания;

- специализацией фермерских хозяйств и объемами их производства.

Для максимального учета влияющих факторов необходимы:

- абсолютные и удельные показатели установленной мощности, число часов использования и объемы электропотребления для различных уровней электропотребления в жилом, общественном секторе, ЛПХ и фермерских хозяйствах.

Эти удельные показатели позволяют рассчитать пропускную способность сельских электрических сетей и мощность трансформаторных подстанций фактически для любых вариантов электрификации жилого сектора села;

- разработанные средние нормы (нормативы) электропотребления для вышеуказанных потребителей по стране.

В этом случае для расчета норм необходимо использовать математические ожидания (средние значения) влияющих факторов.

Отсутствие ограничений на установленные мощности, на объемы потребляемой электроэнергии и прочее делает невозможным жесткое нормирование расхода электрической энергии в жилом секторе села.

Поэтому приведенные в разделе 2 показатели названы удельными, а в аналитических выражениях для их расчета, в связи с широким колебанием влияющих факторов, приведены их средние значения (математические ожидания), которые использованы для определения потребности в электроэнергии для различных уровней электропотребления.

При разработке удельных показателей (нормативов) в зависимости от наличия исходной информации использовались расчетно-аналитический, расчетно-статистический, опытный метод и их сочетания.

При разработке удельных показателей и определении потребности в электрической энергии использовались данные Госкомстата России.

Некоторые экономические показатели развития бытового сектора села по годам приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Экономические показатели развития бытового сектора села по годам

^* Данные за 2000 г.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В методике использованы ссылки на следующие документы:

СНиП II-3-79. Строительная теплотехника.

СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий.

СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети.

СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских населенных пунктов.

СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

НТП-АПК 1.10.01.001-00. Нормы технологического проектирования ферм крупного скота крестьянских хозяйств.

НТП-АПК 1.10.02.001-00. Нормы технологического проектирования свиноводческих ферм крестьянских хозяйств.

НТП-АПК 1.10.03.001-00. Нормы технологического проектирования овцеводческих предприятий.

НТП-АПК 1.10.05.001-01. Нормы технологического проектирования птицеводческих предприятий.

Справочник по применению электрической энергии в сельскохозяйственном производстве (Москва, 1986).

Статистические сборники Госкомстата России.

3 МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК СЕЛЬСКИХ БЫТОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

3.1. Жилой сектор

Для всех наиболее типичных (характерных) электропотребителей определены основные характеристики электрических нагрузок:

- установленная мощность электробытовых машин, приборов и оборудования (Р_уст, кВт);

- число часов их использования (Ч_исп, ч);

- годовое потребление электроэнергии (W, кВт · ч);

- суточные графики электропотребления каждым прибором для наиболее тяжелых зимних условий и суммарные графики электропотребления.

Рассмотрены следующие модели электропотребления.

1-я модель (таблица 2) - предполагает наиболее низкий уровень электрификации быта сельского населения (наличие 4 - 6 электробытовых приборов). Как правило, это постройки старого типа с количеством проживающих в них сельских жителей 1 - 3 человека.

Таблица 2 - 1-ый уровень электрификации быта

2-я модель (таблица 3) - предполагает уровень электрификации, предусматривающий традиционный сельский дом, оснащенный основными электробытовыми машинами и приборами.

Таблица 3 - 2-ой уровень электрификации быта

3-я модель (таблица 4) - включает уровень электрификации жилого сектора, предполагающий оснащение современными бытовыми машинами и приборами (стиральная машина с подогревом, моющий пылесос и др. приборы и машины с дополнительными операциями), а также наличие нескольких одноименных приборов (телевизоры, приемники и пр.).

Таблица 4 - 3-ий уровень электрификации быта (новая застройка, современное оборудование)

4-я модель (таблица 5) - предполагает уровень электрификации жилого сектора, включающий наряду с современными машинами и приборами напольную электроплиту.

Таблица 5 - 4-ый уровень электрификации быта (3-ий уровень + напольная электроплита)

Наибольшая установленная мощность электрооборудования в 3 и 4 моделях (соответственно 9,94 и 13,0 кВт) образуется за счет освещения, пылесоса, стиральной машины, электроплитки и электроплиты.

Наибольший объем электропотребления приходится на:

- освещение (500 - 700 кВт · ч);

- холодильники (500 - 650 кВт · ч);

- электроплиты (в зависимости от числа членов семьи 800 - 1600 кВт · ч).

Потребление электроэнергии в усадебных застройках коттеджного типа рассматривается как 5-ый уровень электрификации.

Коттеджная застройка характеризуется рядом особенностей:

- разнообразием архитектурно-планировочных решений;

- различными объемами, этажностью застройки;

- схемами электротеплоснабжения;

- целевым использованием (для постоянного или сезонного проживания);

- насыщением электробытовыми приборами.

Предложены следующие модели коттеджной застройки:

- 5.А. - централизованное газоснабжение; сезонное проживание, площади помещений 100, 200, 300 м²;

- 5.Б. - централизованное газоснабжение, постоянное проживание, площади помещений 100, 200, 300 м²;

- 5.В. - полная электрификация тепловых процессов, сезонное проживание, площади помещений 100, 200, 300 м²;

- 5.Г. - полная электрификация тепловых процессов, постоянное проживание, площади помещений 100, 200, 300 м².

Сезонное проживание предусматривает проживание в летний период и в выходные дни зимнего сезона.

Модели коттеджной застройки 5.А. и 5.Б. предусматривают наличие электробытовых машин и приборов повышенной комфортности и широкого ассортимента.

Перечень приборов и их характеристики приведены в таблицах 6 и 7.

Основные тепловые процессы - горячее водоснабжение и отопление помещений обеспечиваются централизованным газоснабжением.

Таблица 6 - Коттеджи - сезонное проживание (летний период и выходные дни зимнего периода) при наличии централизованного газоснабжения

Таблица 7 - Коттеджи - постоянное проживание, централизованное газоснабжение

Установленная мощность приборов в этих моделях в пределах указанных площадей меняется незначительно: от 13,9 кВт для 100 м² до 17 кВт для 300 м².

Объемы потребления электроэнергии изменяются в больших пределах:

- для сезонного проживания - от 2774 до 3884 кВт · ч;

- при постоянном проживании - от 4578 до 7121 кВт · ч.

Основной фактор, влияющий на объемы электропотребления - число часов использования установленной мощности.

Тип проживания (сезонное или постоянное) на максимальную мощность фактически не влияет.

Модели 5.В., 5.Г. предусматривают, наряду с наличием электробытовых машин и приборов повышенной комфортности и широкого ассортимента, использование электроэнергии для всех энергоемких процессов, включая приготовление пищи, горячее водоснабжение, отопление. Также предусмотрено наличие сауны (таблицы 8 и 9).

Мощность осветительных и отопительных установок существенно зависит от площади помещений.

Количество и мощность других бытовых приборов от площади помещений зависит значительно меньше.

Установленная мощность для коттеджей:

- S = 100 м² - 40,9 кВт;

- S = 200 м² - 50,4 кВт;

- S = 300 м² - 59 кВт.

Таблица 8 - Коттеджи - сезонное проживание (летний период и выходные дни зимнего периода) полная электрификация

Таблица 9 - Коттеджи - постоянное проживание, полная электрификация

Объемы электропотребления при сезонном проживании возрастают с 18,4 МВт · ч в год при S = 100 м² до 39,5 МВт · ч при S = 300 м². При постоянном проживании W_год изменяется от 34,1 МВт · ч до 72 МВт · ч.

Наряду с указанными показателями разработаны графики сезонных нагрузок, которые сведены в таблицы 10, 11 и 12.

Графики разработаны для наиболее тяжелых зимних условий электропотребления и учитывают очередность включения приборов, исходя из сложившихся ритмов и традиций жизни сельских электропотребителей.

Таблица 10 - Потребляемая мощность для зимнего периода нагрузок 1-ой - 4-ой моделей

кВт/ч

Анализ потребляемой мощности по времени суток (таблица 10) для сельского жилого дома показывает, что для:

- 2-ой модели зимний суточный график электропотребления имеет 2 пика электрической нагрузки - утренний и вечерний.

Утренний пик - с 6 до 8 часов равен 2 кВт. Наряду с постоянной нагрузкой (холодильник) его определяют приборы - электрокипятильник (электрочайник), электроплитка, насос для подачи воды.

Вечерний максимум - с 19 до 21 ч составляет примерно 3,3 кВт.

Наряду с указанными приборами его создают освещение, работа стиральной машины или утюга;

- 3-ей модели имеется ярко выраженный вечерний максимум, а также утренний и дневной пики нагрузок.

Утренний пик - с 6 до 8 ч составляет 3,4 кВт, дневной может достигать 2,8 кВт в период с 12 до 13 ч.

Вечерняя нагрузка растет с 17 ч и максимум достигается в период с 19 до 20 ч - 6,8 кВт.

Максимум создается работой основных тепловых приборов - кипятильник (чайник, водонагреватель), плитка, а также включением силового оборудования - электронасос для воды, пылесос, стиральная машина (утюг);

- 4-ой модели имеется, ярко выраженный вечерний максимум нагрузки - 8,54 кВт за счет совместного включения электроплиты, водонагревателя и насоса для подачи воды.

Таблица 11 - Потребляемая мощность домов коттеджного типа с централизованным газоснабжением (модели 5.А., 5.Б.)

кВт/ч

Таблица 12 - Потребляемая мощность домов коттеджного типа с электротеплоснабжением и сауной (модели 5.В., 5.Г.)

кВт/ч

Для коттеджной застройки моделей 5.А. и 5.Б. наибольший максимум приходится на вечерние часы (18 - 20 ч).

Модели 5.В. и 5.Г. имеют два ярко выраженных максимума - утренний пик нагрузки с 6 до 8 ч и вечерний - с 18 до 20 ч.

3.2 Личные приусадебные хозяйства

Личные приусадебные хозяйства (ЛПХ) различается объемами производства, количеством и видами домашних животных и птицы, объемами используемой земли, наличием теплиц, количеством и мощностью используемого оборудования.

Нормы (нормативы) разработаны для наиболее характерных моделей ЛПХ.

Число хозяйств (семей), имеющих приусадебные участки в 1990 и 1999 г.г., является довольно стабильным и характеризуется следующими цифрами:

- 1990 г. - 16,3 млн.;

- 1999 г. - 16,4 млн.

Земельная площадь, приходящаяся на одно хозяйство, составляла:

- 1990 г. - 20 соток;

- 1999 г. - 36 соток.

Доля ЛПХ в производстве всей продукции сельского хозяйства в процентах составила:

- 1990 г. - 26,3;

- 1999 г. - 47,9;

в том числе в 1999 г. по видам продукции:

- растениеводческой - 53,6 %;

- животноводческой - 46,4 %;

В 1999 г. по сравнению с 1990 г. в ЛПХ резко возросло поголовье скота и птицы (таблица 13).

Таблица 13 - Поголовье скота и птицы в ЛПХ по годам

В животноводстве ЛПХ широко используются инкубаторы, облучатели, брудеры, различные типы электрокорнеплодорезок, косилки и другое электрооборудование.

В растениеводстве электроэнергия расходуется на облучение рассады, обогрев парников, теплиц, полив огорода.

По энергонасыщенности (обеспечению электрооборудованием) можно выделить три типа (группы) ЛПХ:

1-й тип - с минимальным количеством машин и приборов - подворье.

В ЛПХ содержится в среднем: 1 корова, 2 свиньи, 5 кур.

Суммарная мощность Р_уст, меньше 0,8 кВт, с годовым потреблением электроэнергии W_год менее 100 кВт · ч.

Необходимые приборы для этого типа ЛПХ указаны в таблице 14.

Таблица 14 - Оборудование для ЛПХ 1-ого типа

- 2-ой тип (наиболее распространенный) - в ЛПХ содержится: 2 коровы, 1 теленок на откорме, 2 - 3 поросенка на откорме, 4 - 5 овец, 12 - 15 кур.

Расчет потребления электроэнергии в животноводстве произведен с учетом следующих условий:

- освещение хозблока в отопительный сезон в темное время года;

- инкубатор - используется 1 раз в год в течение 21 сут.;

- облучатель-брудер - работает в течение 30 дней на полную мощность и 30 дней используется на мощность не более 30 % Р_н;

- стригальный аппарат - используется летом и на пиковые нагрузки не влияет;

- электрокорнеплодорезка - производительностью 200 кг/ч, используется каждый день.

Расход корнеплодов на 1 голову домашних животных принят в соответствии с НТП-АПК 1.10.01.001-00, НТП-АПК 1.10.02.001-00, НТП-АПК 1.10.03.001-00, НТП-АПК 1.10.05.001-01.

Время работы электрокорнеплодорезки в сутки 20 - 30 мин.

Устройство для подогрева почвы применяется в пленочных теплицах для получения рассады в марте - апреле.

Средний размер теплиц принят 10 м².

Мощность обогревательного устройства для обогрева почвы 0,1 кВт/м².

Первые 5 суток размораживание и обогрев почвы происходит круглосуточно. С увеличением солнечной радиации работа подпочвенного электронагревателя прерывистая. Для принятых условий расход электроэнергии на размораживание/обогрев и выращивание рассады составляет 300 кВт · ч.

Перечень приборов в ЛПХ, их установленная мощность, число часов использования, годовое электропотребление приведены в таблице 15. В целом Р_уст для ЛПХ 2-ого типа - 3,3 кВт и W_год - 1023 кВт · ч.

Таблица 15 - Оборудование для ЛПХ 2-го типа

- 3-ий тип развитого ЛПХ, который включает 3 - 5 коров, 3 - 5 телят, 8 - 10 свиней, до 30 - 50 голов птиц.

Как правило, это большая семья, где получил распространение «семейный подряд» и имеется большое поголовье животных и птицы. Эти хозяйства производят продукцию в объемах для личного потребления 2 - 3-х родственных семей и являются промежуточным этапом от ЛПХ к фермерам, которые производят товарную продукцию. В этих хозяйствах, кроме названного для 2-го типа электрооборудования, могут быть:

- проточный водонагреватель мощностью 1,0 - 1,25 кВт;

- зернодробилка, доильная установка, маслобойка, холодильник-морозильник;

- силовое оборудование - пила, точило, электродрель, электрорубанок.

Все показатели по хозяйствам 3-его типа сведены в таблицу 16.

Таблица 16 - Оборудование для ЛПХ 3-его типа

В целом для ЛПХ 3-его типа составляет:

- суммарная мощность - Р_уст - 7,74 кВт;

- годовое потребление электроэнергии - W_год - ≈ 2500 - 2800 кВт · ч.

Почасовые нагрузки для рассмотренных типов ЛПХ приведены в таблице 17.

Таблица 17 - Потребляемая мощность для зимнего периода нагрузок 1-ого, 2-ого, 3-его типа ЛПХ

кВт/ч

3.3 Предприятия и учреждения сферы культурно-бытового обслуживания

В сельской местности действует множество различных предприятий и учреждений сферы обслуживания, учебных заведений, торговых, медицинских учреждений, предприятий бытового обслуживания, которые оснащены разнообразным электрифицированным оборудованием.

Наряду с освещением повсеместно используются электродвигатели для привода насосов, вентиляторов, различных рабочих машин.

В столовых, комбинатах питания школ, детских садов, лечебных учреждений используется следующее электросиловое оборудование: мясорубки, картофелечистки, овощерезки, хлеборезки с установленной мощностью оборудования от 0,2 - 0,3 до 2,0 - 2,5 кВт.

На этих предприятиях используется также электротепловое оборудование:

- разнообразные электрические плиты мощностью от 4 до 25 кВт;

- электрические котлы - от 6 до 30 кВт;

- электросковороды, жарочные шкафы - от 6 до 12 кВт;

- разнообразное кухонное оборудование - фритюрницы, кипятильники, мармиты и др. мощностью от 3 до 15 - 18 кВт.

Во многих предприятиях установлены холодильники от обычных небольшой мощности 150 - 220 Вт, до мощных холодильных шкафов, камер, прилавков мощностью от 0,55 до 2 кВт.

В школах, кроме электрифицированного оборудования пищеблоков, могут иметься компьютерные классы, классы, оборудованные установками для трудового воспитания - токарными, фрезерными, деревообрабатывающими станками, швейными машинами и пр. Мощность этого оборудования колеблется от 0,5 до 1 кВт.

В комбинатах бытового обслуживания могут быть установлены электрифицированные машины для пошива обуви, одежды.

В сельских поликлиниках и амбулаториях могут быть установлены электростерилизаторы, рентгеновские аппараты.

В домах культуры и клубах значительной мощности могут достигать осветительные установки.

Установленная мощность электрифицированного оборудования, расчетная мощность, число часов использования максимальной нагрузки для предприятий и учреждений сферы культурно-бытового обслуживания в сельской местности приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Установленная мощность электрифицированного оборудования в предприятиях и учреждениях коммунально-бытового обслуживания

3.4 Фермерские хозяйства

Фермерские хозяйства, как правило, являются специализированными, различного размера и способов ведения производства.

Рассмотрены следующие типы фермерских хозяйств:

а) скотоводческие:

- молочного направления на 10, 15 и 30 коров;

- мясного направления (скот на выращивании и на откорме) на 15, 20 и 30 голов КРС;

б) свиноводческие:

- с законченным производственным циклом на 4, 6 и 8 свиноматок;

- репродукторные и откормочные с поголовьем поросят на выращивании и откорме 40, 60 и 80 голов.

Перечисленные типы хозяйств находятся, как правило, на значительном расстоянии от жилого помещения и часто располагаются в зданиях бывших небольших ферм.

Основными электропотребляющими процессами для фермерских хозяйств молочного направления являются доение и первичная обработка молока, кормоприготовление, водоснабжение и подогрев воды на технологические нужды, освещение и вентиляция помещений.

На фермерских хозяйствах мясного направления электроэнергия расходуется для кормоприготовления, водоснабжения.

На фермах свиноводческого направления электроэнергия используется для кормоприготовления, в отдельных случаях для кормораздачи, водоснабжения, кроме того, для обогрева и облучения молодняка.

Для всех типов хозяйств предусмотрено максимальное оснащение всех производственных процессов электрифицированным оборудованием и содержание животных в условиях соответствующих нормам технологического проектирования. Поэтому рассчитанные показатели Р_уст и W_год могут превышать фактические данные действующих объектов.

Установленная мощность электрооборудования в фермерских хозяйствах в зависимости от объемов производства колеблется:

- на фермах молочного направления - от 8 до 13 кВт;

- по откорму КРС - 5 - 6 кВт.

- свиноводческих - от 12 до 19 кВт.

В свиноводческих фермерских хозяйствах наиболее энергоемкими процессами являются нагрев воды, получение пара и обогрев молодняка.

В фермерских хозяйствах молочного направления и по откорму КРС кроме подогрева воды наиболее энергоемким является процесс приготовления кормов.

Показатели установленной мощности, числа часов использования и годового потребления электроэнергии рассмотренных хозяйств, приведены в таблицах 19, 20 и 21.

Графики нагрузок (таблицы 22, 23 и 24) разработаны для условий наиболее холодных суток зимнего периода.

Наибольшая потребляемая мощность присуща свиноводческим хозяйствам. Она характеризуется двумя максимумами электрической нагрузки: утренним - примерно с 7 до 9 ч, и вечерним - с 16 до 18 ч, когда наряду с обогревательными приборами работает кормоприготовительное оборудование.

Фермерские хозяйства молочного направления и по откорму КРС характеризуются более равномерной нагрузкой.

Потребляемая мощность в них может изменяться от 0,3 до 6,2 кВт для молочных ферм и от 0,3 до 2 кВт для ферм по откорму КРС.

Таблица 19 - Показатели установленной мощности, числа часов использования и годового потребления электроэнергии в фермерских хозяйствах молочного направления

Таблица 20 - Показатели установленной мощности, числа часов использования и годового потребления электроэнергии в фермерских хозяйствах по откорму КРС

Таблица 21 - Показатели установленной мощности, числа часов использования и годового потребления электроэнергии фермерскими свиноводческими хозяйствами с законченным циклом, репродукторными и откормочными

Таблица 22 - Потребляемая мощность для зимнего периода нагрузок фермерского хозяйства молочного направления в зависимости от размера хозяйства

кВт/ч

Таблица 23 - Потребляемая мощность для зимнего периода нагрузок фермерского хозяйства по выращиванию и откорму крупного рогатого скота в зависимости от размера хозяйства

кВт/ч

Таблица 24 - Потребляемая мощность для зимнего периода нагрузок репродукторного и откормочного фермерских свиноводческих хозяйств с законченным циклом в зависимости от размера хозяйства

кВт/ч

4 УДЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ (НОРМАТИВЫ) РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНЫХ ОБЪЕМОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ

4.1 Жилой сектор

4.1.1. Удельные показатели расхода электрической энергии на освещение

Удельный показатель на освещение рассчитывается по выражению:

                (1)

где d - показатель жилой площади на 1 сельскую семью или одного сельского жителя, м²; в настоящее время эта величина в среднем по стране составляет не ниже 47 м² на семью, или 13 м² на жителя;

Т - годовое число часов использования установленной мощности осветительных установок. Принимается дифференцированно по световым поясам. Для расчета среднероссийского показателя принято 1000 ч;

k₀ - коэффициент одновременности включения ламп - 0,36. В квартирах с большей площадью и большим количеством комнат значение k₀ снижается на 8 - 10 %;

E - освещенность, лк; минимальную освещенность (Е_н) в расчетном периоде следует принимать для ламп накаливания 90 лк, люминесцентных (Е_л) - 120 лк (120 лм/м²);

α - коэффициент запаса ламп, учитывающий реальные условия эксплуатации ламп и светильников, принят: для ламп накаливания (α_н) - 1,3; люминесцентных (α_л) - 1,5;

k - коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от светораспределения, типа КПД арматуры, характера окраски окружающих световой поток поверхностей, высоты подвеса светильника, размеров освещаемых помещений. Для средних условий его величина составит: для ламп накаливания k_н - 0,34; люминесцентных ламп (k_л) - 0,42;

L - средняя светоотдача ламп зависит: от технических характеристик, КПД источников света. У люминесцентных ламп средняя светоотдача значительно превышает среднюю светоотдачу ламп накаливания и составляет: для ламп накаливания (L_н) - 13,0; у люминесцентных (L_л) - 59 лм/Вт;

Z - охват лампами накаливания (Z_н) и люминесцентными (Z_л) сельских домов, зависит: от масштабов производства различных типов ламп и от индивидуальных вкусов, моды и пр. В среднем это соотношение при отсутствии точных данных можно принять соответственно 95 и 5 %.

С учетом приведенных показателей годовой расход электрической энергии на освещение составляет 120 кВт · ч; в том числе лампами накаливания - 118, люминесцентными лампами - 2 кВт · ч на одного сельского жителя.

4.1.2 Расход электрической энергии отдельными бытовыми приборами

Расход электрической энергии отдельными бытовыми приборами зависит от установленной мощности прибора, времени его эксплуатации, охвата сельских семей электробытовыми машинами и приборами, соотношения (доли) различных типов выпускаемых в стране электробытовых приборов.

Расход электроэнергии электробытовыми приборами культурно-бытового и хозяйственного назначения, тепловыми приборами малой мощности и различными мелкими электробытовыми приборами следует определять по формуле

                                                 (2)

где P_i - установленная мощность, Вт, принимается из паспортных данных приборов;

T_i - годовое число часов использования прибора. Зависит от местных природно-климатических условий, численности семьи, духовных наклонностей и других факторов. Определяется на основании расчетов, опытного изучения или же экспертной оценки с использованием различных методов математической статистики;

Z_i - уровень обеспеченности сельских семей приборами различного типа, %.

В таблице 25 приведены показатели расхода электрической энергии отдельными электробытовыми приборами.

Таблица 25 - Показатели расхода электрической энергии электробытовыми машинами и приборами

Средние значения установленной мощности приборов и число часов их использования (7) приведены в таблице 26.

Таблица 26 - Средняя установленная мощность (Р_ср) и число часов использования (Т) электроприборов в течение года

4.1.3 Расход электрической энергии на энергоемкие тепловые процессы и кондиционирование

Расход электроэнергии для электрифицированных процессов приготовления пищи, горячего водоснабжения, отопления, кондиционирования воздуха рассчитан для условий частичного и полного осуществления этих процессов на электроэнергии.

Приготовление пищи

Удельный расход электрической энергии на приготовление пищи зависит от качества и количества применяемых продуктов, национальных традиций, индивидуальных вкусов, технических показателей энерготеплового оборудования, времени его использования и других факторов.

Для приготовления пищи в сельских домах используют электрические настольные плитки мощностью 0,6 - 2,0 кВт с КПД 0,35 - 0,4. Как правило, их включают в неотопительный период, продолжительность использования составляет 250 - 350 ч/г. Следовательно, потребление электроэнергии в расчете на одного сельского жителя не превышает 90 - 110 кВт · ч/г.

При приготовлении пищи на напольных электроплитах единичной мощности 5 кВт и выше с КПД - 0,7 - 0,72 расход электрической энергии зависит от количества членов семьи и применяемого оборудования для горячего водоснабжения.

В зависимости от этих факторов расход электрической энергии на приготовление пищи приведен в таблице 27.

Таблица 27 - Расход электрической энергии на приготовление пищи

Горячее водоснабжение

Для подогрева небольших количеств воды применяются электрифицированные приборы мощностью 300 - 1000 Вт - электрокипятильники. Расход электрической энергии в этом случае не превышает 100 кВт · ч на жителя в год.

Частичный электроводонагрев воды (12 - 15 л в сутки) для нужд семьи на кухне осуществляется также проточными электроводонагревателями (ЭВН).

Для полного горячего водоснабжения применяются ЭВН различного типа. Расход электрической энергии при использовании ЭВН рассчитывается по формуле

   (3)

где 1,16 · 10^-3 - коэффициент перевода ккал в кВт · ч;

с - теплоемкость воды, ккал/(кг · °С);

ρ - плотность воды при t = 55 °С; ρ = 986 кг/м³;

b - суточная норма расхода горячей воды, м³/сутки;

t_хз, t_хл - температура холодной воды зимой и летом, °С.

При отсутствии данных принимается равной зимой - плюс 5 °С, летом - 10 °С;

n₀ - продолжительность отопительного периода, сутки;

η - КПД электроводонагревателей: аккумуляционного типа - 0,82; проточного типа - 0,93; быстродействующих электроводонагревателей кухонного типа - 0,8.

При расчете групповых норм расхода электрической энергии на горячее водоснабжение следует учитывать обеспеченность сельского населения электроводонагревателями различного типа (таблица 28).

Таблица 28 - Расход электрической энергии на горячее-водоснабжение

Обогрев помещений и кондиционирование воздуха

Применяемый в настоящее время частичный электрообогрев жилых помещений производится переносными отопительными приборами небольшой мощности: электрокалориферами, электрорадиаторами и др. Расход электрической энергии в этом случае не превышает 70 - 80 кВт · ч на жителя в год.

Расход электроэнергии для полного обогрева помещений составляет 3 - 5 тыс. кВт · ч/чел/год, и применяется в очень редких случаях.

Расход электрической энергии на кондиционирование воздуха следует определять расчетным методом, исходя из установленной мощности кондиционеров (1,0 - 1,6 кВт) и числа часов их использования, которое колеблется:

- от 300 - 400 - в центральных районах страны;

- до 500 - 600 ч - на юге страны.

Расход электрической энергии на этот процесс не превышает 10 - 20 кВт · ч на жителя в год.

Удельный расход электрической энергии в жилом секторе приведен в таблице 29.

Таблица 29 - Удельный расход электрической энергии в жилом секторе

4.2 Личные приусадебные хозяйства

Расход электрической энергии в ЛПХ зависит от организации, ведения ЛПХ, его размеров, насыщенности электрооборудованием и пр.

В расчетах приняты усредненные показатели влияющих факторов, а количество животных и птицы на одно хозяйство принято на основании данных Госкомстата РФ.

Электроэнергия в ЛПХ может применяться довольно широко.

В животноводстве электроэнергия используется наряду с освещением в кормоприготовлении - резка соломы, силоса, мойка и резка корнеплодов, дробление жмыха; а также для доения коров, стрижки овец.

В тепловых процессах животноводства электроэнергия используется на подогрев воды, на обмыв вымени, промывку доильных аппаратов, сепараторов, и т.д., а также для инкубации яиц, обогрева молодняка животных и птицы.

В растениеводстве электроэнергия используется на обогрев теплиц, облучение рассады, тепловую обработку сельскохозяйственной продукции.

Отечественная промышленность в настоящее время выпускает широкий ассортимент электробытовых приборов для электрификации ЛПХ:

- измельчители кормов, зернодробилки, соломорезки (мощностью 0,4; 0,6; 1,0 кВт);

- инкубаторы бытовые, брудеры, облучатели (мощностью 0,1 - 0,25 кВт);

- доильные установки, сепараторы, маслобойки (мощностью 0,6 - 0,7 кВт);

- широкую номенклатуру электробытовых насосов (мощностью 0,22 - 0,75 кВт).

Перечень электрифицированных процессов и годовой расход электроэнергии на хозяйство, одну голову скота и птицы приведен в таблице 30.

Таблица 30 - Годовой расход электроэнергии на содержание одного животного (птицы) в ЛПХ

кВт · ч/г

В растениеводстве электроэнергия применяется пока ограниченно.

Это связано со значительным удельным расходом электроэнергии - при облучении рассады на 1 м² грунта расходуется 65 кВт · ч, такой же расход электроэнергии при обогреве парников.

На обогрев теплиц в зависимости от климатического пояса расход электроэнергии может колебаться от 100 до 400 кВт · ч на м².

Наиболее распространено использование электроэнергии для полива сада-огорода. На полив 100 м² расход электроэнергии составляет ≈ 20 - 25 кВт · ч.

На все выше указанные процессы в среднем в год приходится 70 кВт · ч/г на семью, на 1 сельского жителя - 20 кВт · ч/г.

Данные по расходу электроэнергии в среднем в год на одну семью и одного сельского жителя в ЛПХ животноводческого направления приведены в таблице 31.

Таблица 31 - Удельные показатели расхода электрической энергии в ЛПХ

кВт · ч/г

Таким образом, суммарный расход электроэнергии на введение ЛПХ на 1 сельского жителя в среднем составляет 100 кВт · ч/г.

4.3 Предприятия и учреждения сферы культурно-бытового обслуживания

Перечень коммунальных предприятий и общественных учреждений, расчетные показатели обеспеченности предприятиями и учреждениями в сельской местности на 1000 жителей приняты в соответствии с нормативными данными, фактические показатели обеспеченности - на основании статистических данных и материалов обследований.

При переходе к нормам расхода электрической энергии на 1 сельского жителя следует показатели уменьшить в 1000 раз (10^-3).

Процент охвата электрификацией энергоемких тепловых процессов: приготовление пищи, горячее водоснабжение и отопление, - принят на основании материалов обследований и объемов выпускаемого электротеплового оборудования.

В этом же разделе приведены показатели расхода электрической энергии на освещение улиц, водоснабжение и канализацию.

Расход электрической энергии предприятиями и учреждениями сферы культурно-бытового обслуживания по всем рассматриваемым электропотребляющим процессам приведен в таблице 32.

Таблица 32 - Расход электрической энергии предприятиями и учреждениями сферы культурно-бытового обслуживания, на освещение улиц, водоснабжение и канализацию в сельской местности на одного жителя в год

кВт

Освещение и электропривод

Расход электрической энергии на освещение и электропривод коммунальных предприятий и учреждений определен на основании установленной мощности токоприемников и числа часов их использования.

Приготовление пищи

Удельный показатель расхода электрической энергии на приготовление пищи на одного сельского жителя зависит от характера, пропускной способности предприятия, установленного оборудования и других факторов.

Расход электрической энергии на приготовление пищи определяется по формуле:

                                        (4)

где А - количество условных блюд, выпускаемых предприятием за год в расчете на 1000 жителей;

ΔW - расход электрической энергии на одно условное блюдо, ≈ 0,26 кВт · ч.

Количество условных блюд за год рассчитывается по формуле:

А = т_ф · О · δ · К · п,                                                           (5)

где т_ф - фактическое число посадочных мест в столовых или число мест в детских садах-яслях, медицинских стационарах;

О - оборачиваемость одного места (при отсутствии фактических данных принимать для столовых - 3, других учреждений - 1);

δ - число блюд, приходящихся на 1 человека в день (для столовых - 2,4; других учреждений - 5,2);

К - среднесуточный коэффициент загрузки (0,65 - 0,8);

n - количество рабочих дней в году (приложение А, таблица А.1).

Обеспеченность предприятий сферы культурно-бытового обслуживания сельского населения электрифицированными установками для приготовления пищи принята 50 - 60 %.

Горячее водоснабжение

Системами горячего водоснабжения в сельской местности оборудованы медицинские, детские учреждения, учебные заведения, бани, прачечные, гостиницы и дома приезжих, предприятия общественного питания, продовольственные магазины, клубы и дома культуры, здания и помещения учреждений, управления.

Подогрев небольшого количества воды осуществляют погруженными электрокипятильниками различной мощности.

Удельный показатель расхода электрической энергии для полного горячего водоснабжения рассчитывают по формуле:

           (6)

где 1,16 · 10^-6 - коэффициент перевода ккал в кВт · ч с учетом расхода на 1 сельского жителя;

b - норма расхода горячей воды при температуре 55 °С на расчетную единицу измерения, м³ в сутки. Применяется в соответствии с СНиП 2.04.01-85*.

Для ряда предприятий культурно-бытового назначения средняя суточная норма расхода горячей воды приведена в приложении А, таблице А.2;

m - расчетное число единиц измерения, отнесенное к суткам (принимается в зависимости от назначения, объемов предприятий и учреждений: числа учащихся в школах, детей в детских учреждениях, посадочных мест в столовых и пр.). Процент охвата полным горячим водоснабжением в зависимости от назначения предприятия принимается индивидуально и колеблется от 3 до 30 %.

β - коэффициент, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному, при отсутствии данных должен приниматься 0,8;

η - КПД электронагревателей: аккумуляторного типа - 0,82; проточного типа - 0,93; быстродействующих электронагревателей кухонного типа - 0,8;

с - теплоемкость воды, ккал/кг · °С;

ρ - плотность воды при t = 55 °С; ρ = 986 кг/м³;

t_хз, t_хл - температура холодной воды зимой и летом, °С;

n₀ - продолжительность отопительного периода, сут.

Отопление и вентиляция

В зависимости от наличия исходной информации годовой расход электрической энергии на отопление общественных зданий рассчитывается следующим образом.

На основании данных о максимальных часовых расходах тепла зданиями, расход электрической энергии определяется как:

                                 (7)

При наличии данных об объемах зданий и удельной отопительной характеристике годовой расход электрической энергии на отопление можно определять по следующему выражению:

                             (8)

где: Q_н - максимальный часовой расход тепла на отопление, ккал/ч. Принимается по данным типовых проектов;

t_вн - усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С. Принимается по характерной температуре в помещениях зданий (приложение А, таблица А.1);

t_ср.о. - средняя температура наружного воздуха периода со среднесуточной температурой меньшей или равной 8 °С;

n₀ - продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой меньшей или равной 8 °С;

t_р.о. - расчетная средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки, °С, обеспеченностью 0,98;

t_ср.о., t_р.о., n₀ - принимаются в соответствии со СНиП 23-01-99. Для ряда населенных пунктов страны приведены в приложении А, таблице А.3;

γ - коэффициент, учитывающий приток теплоты от энергии солнечного излучения, тепловыделений приборов, людей, других источников;

V_н - строительный объем зданий, м³;

q₀ - удельная тепловая характеристика зданий, ккал/м³ · ч · °С.

Для ряда предприятий сферы культурно-бытового обслуживания показатели V_н и q₀ приведены в приложении А, таблице А.4. Для укрупненных расчетов показатели q₀ следует принимать по приложению А, таблице А.5.

В приложении А, таблице А.5 удельные тепловые характеристики зданий приведены для расчетной температуры наружного воздуха t = минус 30 °С.

Для других расчетных температур значение удельных тепловых характеристик при t = минус 30 °С следует умножать на поправочный коэффициент «а» на климатические условия. Его значения приведены в приложении А, таблице А.6.

Расход электрической энергии на отопление зависит от климатических условий. Расход электрической энергии на отопление для различных зон, исходя из данных для одной зоны, следует определять с помощью поправочных коэффициентов K_i, рассчитываемых по формуле:

                                                          (9)

В знаменателе показатели базисного района.

За базисный принят Центральный район.

Для укрупненных расчетов следует пользоваться поправочными коэффициентами на климатические условия, приведенными в приложении А, таблице А.7.

Годовой расход электрической энергии на вентиляцию общественных зданий следует рассчитывать по выражению:

                             (10)

где 1,16 · 10^-6 - коэффициент перевода ккал в кВт · ч с учетом расхода на 1 сельского жителя;

п_в - усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток. При отсутствии данных принимается равным 16 ч;

Q_в - максимальные часовые расходы тепла на вентиляцию, ккал/ч. Принимаются по данным типовых проектов;

t_p.в. - расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, °С, принимается по СНиП 23-01-99 (температура воздуха холодного периода обеспеченностью 0,94). Для ряда населенных пунктов страны t_p.в. приведена в приложении А, таблице А.3, графа 3.

n₀ - продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха меньше или равной 8 °С, сут (приложение А, таблица А.3, графа 6);

При отсутствии проектных данных годовой расход электрической энергии на вентиляцию следует определять по формуле:

                             (11)

где 1,16 · 10^-6 - коэффициент перевода ккал в кВт · ч с учетом расхода на 1 сельского жителя;

V_в - вентилируемый объем здания, м³;

q_в - удельная вентиляционная характеристика зданий, ккал/м³ · ч · °С.

Для ряда предприятий и учреждений V_в и q_в приведены в приложении А, таблице А.4.

Для укрупненных расчетов следует руководствоваться приложением А, таблицей А.5.

Кондиционирование воздуха

Системами кондиционирования воздуха оборудованы дома культуры, клубы, предприятия общественного питания.

Удельный расход электрической энергии на кондиционирование воздуха определяется, исходя из величины суммарных теплопоступлений в теплый период года, среднесезонного холодильного коэффициента, числа часов использования оборудования.

Удельный расход электрической энергии на кондиционирование:

                    (12)

где Т - число часов использования максимальной мощности. Для центральных районов страны: для столовых - 600 ч, для клубов - 1000 ч;

К_х - среднесезонный холодильный коэффициент, К_х ≈ 3.

Q_нар - приток тепла, через наружные ограждения;

Q_рад - поступление тепла с солнечной радиацией;

Q_возд - приток тепла в результате воздухообмена;

Q_nр - теплопоступления от приборов;

Q_люд - тепловыделения людей.

Q_нар = q₀×v_п×(t_р.п. - t_вн), ккал/ч                                            (13)

где q₀ - удельная тепловая характеристика зданий, ккал/м³ · ч · °С;

v_н - строительный объем зданий, м³;

t_вн - усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С. Принимается по приложению А, таблице А.1.

t_р.п. - абсолютная максимальная температура воздуха теплого периода, принимается по СНиП 2.04.05-91*. Для ряда населенных пунктов t_р.п. приведена в приложении А, таблице А.3, графа 5;

Q_рад - поступления тепла с солнечной радиацией:

Q_рад = F_ост×q_ост×A_ост, ккал/ч,                                            (14)

где F_ост - поверхность остекления, м². Принимается по типовым проектам соответствующих предприятий и учреждений;

q_ост - величина суммарной солнечной радиации на вертикальную поверхность остекления, ккал/м² · ч, зависит от географической широты местности, ориентации по странам света, времени суток и т.д. Следует принимать по СНиП 23-01-99. Для укрупненных расчетов q_ocm принимать по приложению А, таблице А.8.

А_ост - коэффициент, зависящий от характеристики остекления, колеблется от 0,25 до 1,15. Средние значения 0,7 - 0,8.

Q_возд - теплоприток в результате воздухообмена:

Q_возд = m · γ · j · (J_нар - J_вн), ккал/ч                                    (15)

где т - кратность обмена воздуха в ч. Принимается по СНиП 2.04.05-91*. Для столовых следует принимать 3, для клубов, дворцов культуры - 20 раз/ч;

γ - объем кондиционируемого воздуха в помещении. Принимается по внутренней кубатуре на 1 расчетную единицу и количество расчетных единиц. Для столовых следует принимать 35; клубов, домов культуры - 20 м³/чел.;

j - удельный вес воздуха (при t_н = 20 °С; j = 1,2 кг/м³);

J_нар - J_вн - разница в теплосодержании наружного и внутреннего воздуха, ккал/кг (по l-d диаграмме);

Q_np - тепловыделения приборов и оборудования, ккал/ч. Для огневой плиты с площадью поверхности нагрева 1,68×0,72 м² Q_np равно 6400 ккал/ч; газовой плиты с площадью нагрева 1,135×0,8 м² - 4000 ккал/ч; водонагревателя (титана) объемом 25 л - 600 ккал/ч. Для электроприборов Q_np составляет 260 ккал/ч на 1 кВт установленной мощности.

Q_люд - тепловыделения людей:

Q_люд = m_ч · q_уд · К_з, ккал/ч                                                  (16)

т_ч - количество человек в помещении;

q_уд - тепловыделения одного человека ≈ 80 ккал/ч;

К_з - коэффициент присутствия.

Расход электрической энергии на кондиционирование воздуха приведен в таблице 33.

Таблица 33 - Расход электрической энергии на кондиционирование воздуха

Наружное освещение

Расход электрической энергии на освещение улиц определяется по выражению:

W_н.c. = P×T×l, Вт/ч,                                                             (17)

где Р - мощность ламп освещения на 1 погонный метр улиц, Вт. Для укрупненных расчетов Р следует принимать 5,5 - 7,0 Вт/м;

Т - число часов использования мощности, зависит от районных особенностей. При расчете в среднем по стране Т следует принимать 3100 ч;

l - длина улицы, приходящаяся на одного человека. Принимается в зависимости от плотности жилого фонда. Для укрупненных расчетов l следует принимать 3 - 5 м на человека.

При расчете средневзвешенных норм необходимо учитывать долю сельских улиц с нормируемой освещенностью (≈ 40 %).

С учетом вышесказанного W_н.c. = 55,8 кВт · ч/жителя, с учетом охвата W_н.c. = 22 кВт · ч/жителя.

Водоснабжение и канализация

Расход электрической энергии на водоснабжение и канализацию определяют по формуле:

W_в,к = (в_в×w_в + в_к×w_к) · 365, кВт · ч,                                  (18)

где в_в, в_к - удельные показатели расхода воды на водоснабжение и канализацию, м³ на человека в сутки. (Для укрупненных расчетов принимать: водоснабжение - 0,1 м³; канализация - 0,055 м³/(чел · сут);

w_в, w_к - удельный расход электрической энергии на водопровод и канализацию составляет соответственно 0,35 и 0,2 кВт · ч/м³.

При расчете составляющей средневзвешенной нормы следует учитывать охват сельских жителей централизованным водоснабжением и канализацией на расчетный период.

Расход электрической энергии на водоснабжение и канализацию приведен в таблице 34.

Таблица 34 - Расход электрической энергии на водоснабжение и канализацию

Итоговые показатели по всем рассмотренным объектам сферы культурно-бытового обслуживания и всем процессам в расчете на одного сельского жителя сведены в таблицу 32.

4.4 Фермерские хозяйства

В фермерских хозяйствах расход электрической энергии определен для растениеводства и животноводства.

В растениеводстве удельные показатели (нормативы) расхода электрической энергии разработаны для следующих процессов:

- очистка и сушка зерна;

- активное вентилирование зерна;

- производство кормов (травяной муки и сушка грубых кормов);

- расход электроэнергии в защищенном грунте.

В животноводстве удельные показатели определены для процессов, в которых наиболее широко применяется электроэнергия:

- освещение;

- приготовление кормов (раздача, мойка, резка);

- горячее водоснабжение;

- создание микроклимата;

- доение;

- пастеризация молока;

- переработка и расфасовка молока;

- стрижка овец.

При определении удельных показателей (нормативов) расхода электрической энергии за основу приняты промышленные технологии и оборудование.

Нормативы расхода электрической энергии определены на принятый показатель:

- в животноводстве - на 1 гол. скота и птицы;

- в растениеводстве - на 1 т зерна; 1 т кормов; м² защищенного грунта и т.д.

Затем эти нормативы пересчитаны на 1 сельского жителя с учетом поголовья скота и птицы и объемов производства растениеводческой продукции фермерскими хозяйствами.

Удельные показатели расхода электрической энергии фермерскими (крестьянскими) хозяйствами приведены в таблице 35.

Таблица 35 - Удельные показатели расхода электрической энергии фермерскими хозяйствами

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТРЕБНОСТИ В СРЕДСТВАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Задача определения оптимального числа и мощности трансформаторных подстанций (ТП) - одна из основных в рациональном проектировании сельского электроснабжения.

Настоящая методика предназначена для применения в организациях, проектирующих сети 0,38 кВ, и имеет целью помочь проектировщику достаточно быстро определить количество и среднюю мощность ТП в рассматриваемом населенном пункте. Речь идет о крупных объектах, с большим количеством жилых домов, т.к. в маленьких деревнях проблема выбора «количество-мощность» ТП не стоит. Как правило, это определение мощности одной - двух подстанций, что легко просчитывается без какого-либо сложного моделирования.

Подавляющее большинство населенных пунктов в стране, тем более крупных, полностью электрифицированы.

Методика, применительно к таким случаям, позволит определить, насколько действующая в конкретном селении схема электроснабжения отличается, например, вследствие давности срока ввода ее в действие, от оптимальной и целесообразно ли ее, с точки зрения требуемых затрат, реконструировать в соответствии с результатами расчетов по данной методике.

При определении области применения методики принимается во внимание:

- новое строительство сетей 0,38 кВ во вновь появляющихся населенных пунктах;

- коренная реконструкция конкретных сетей 0,38 кВ действующей системы электроснабжения в связи с возможным значительным ростом нагрузок и др.

Общепринятым критерием оптимальности, по которому определяют наиболее выгодные инвестиционные характеристики того или иного варианта проекта, в том числе и в электроэнергетике, служат приведенные затраты З, равные:

З = С + Е_н×К,                                                                   (19)

где С - себестоимость или годовые текущие издержки объекта в эксплуатации;

Е_н - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капиталовложений, который является величиной, обратной сроку окупаемости Е_н = 1/Т_ок;

К - капитальные вложения.

Как известно:

С = И_рен + И_к.р. + И_э + И_з + И_пр,                                                 (20)

где И_рен - амортизационные отчисления на реновацию, предназначенные для полного возмещения основных фондов по истечении срока службы объекта;

И_к.р. - амортизационные отчисления на капитальный ремонт, предназначенные для частичного восстановления и модернизации оборудования;

И_э - затраты на потери электроэнергии в сетях;

И_з - зарплата обслуживающего персонала;

И_пр - прочие производственные и непроизводственные расходы, включающие затраты на вспомогательные материалы (смазочные, обтирочные и т.п.), текущий ремонт, услуги вспомогательных производств, а также общесетевые расходы.

Амортизационные отчисления И_рен и И_к.р. определяются процентами от величины капитальных вложений.

Амортизационные отчисления нормируются и равны:

                                                                    (21)

где И_ам = И_рен + И_к.р.

С учетом изложенного можно записать:

С = И_ам + И.                                                                     (22)

Обозначив:

р = Е_н + р_ам.                                                                    (23)

Получим:

З = р×К + И,                                                                    (24)

где И - текущие затраты без амортизационных отчислений.

Таким образом, приведенные затраты - основная экономическая оценка возможных вариантов технического решения. Это критерий, по которому выбирается наиболее экономичный вариант, т.е. вариант, отвечающий условию:

З = З_min.                                                                        (25)

Выбор оптимальной схемы электроснабжения, в том числе и электроснабжения сельских населенных пунктов, представляет собой очень сложную задачу.

Исходя из специфики задачи и учитывая сложность ее решения, принимается ряд конкретных допущений.

Основное из них построено на предположении, что пункты потребления электроэнергии равномерно рассредоточены по рассматриваемой территории и что характер потребления этой энергии во всех пунктах одинаков.

В этом случае затраты на распределение энергии выражаются в виде сравнительно простых функций трех независимых переменных:

- поверхностной плотности нагрузки (на единицу площади территории), γ;

- удельного числа пунктов потребления (также на единицу площади), N;

- годового числа часов использования максимальной мощности, Т.

Численные значения этих величин для конкретных задач находят путем обработки соответствующей информации.

Именно значения γ, N и T позволяют использовать упрощенные методы расчета приведенных затрат для решения различных оптимизационных задач систем электроснабжения, в том числе, и для выбора оптимального количества и мощности ТП.

Прежде чем перейти к выводу формулы для определения критерия оптимальности, т.е. приведенных затрат, необходимо рассмотреть соотношения, связывающие между собой основные суммарные показатели системы электроснабжения: число трансформаторных подстанций, протяженность распределительных сетей, затраты металла и капитальных вложений.

Принимаем сеть четырехпроводной, площади поперечного сечения всех проводов - одинаковыми, нагрузки - симметрично распределенными по фазам.

Допустим, что территория населенного пункта представляет собой квадрат со стороной 2R. Нагрузка потребителей равномерно размещена по этой территории. Число домов в населенном пункте обозначим Z, расстояние между домами - l₀, расчетную нагрузку на 1 дом - р₀. Квадрат со стороной 2R разбиваем на множество квадратов со стороной 2r, где r - радиус действия одной ТП.

Из этого следует, что:

pR² = N_ТПpr²,                                                                   (26)

где N_ТП - количество подстанций 10/0,4 кВ.

Тогда N_ТП = (R/r)².

Учитывая, что 4R² = Zl²₀, выразим число ТП через число домов:

                                                                  (27)

Тогда удельное количество N_ТП0 = 1/4r².

Сделав еще одно допущение о том, что средняя стоимость ТП не зависит от мощности трансформатора и равняется К_ТП, получим З_ТП = N_ТПK_ТП.

Анализ показывает, что длину сети 10 кВ в зависимости от радиуса сети 0,38 кВ можно выразить приближенной формулой L₁₀ = 2R²/r. Соответственно ее удельная протяженность (км/км²) составляет:

                                                                 (28)

Масса расходуемого проводникового металла для принятой идеализированной схемы на участке линии длиной l с сечением провода F равна:

G = 4dFl,                                                                      (29)

где: d - плотность материала провода.

Если площадь поперечного сечения провода выбрана по плотности тока j при токовой нагрузке:

                                                               (30)

и следовательно:

F = I/j,                                                                    (31)

то из формул (29) и (30) следует:

                                              (32)

Из формул (29) и (32) получаем формулу для площади поперечного сечения:

                     (33)

В этих формулах:

Р - мощность, передаваемая по участку;

l - длина участка;

j - плотность тока;

U - номинальное напряжение;

cos φ - коэффициент мощности на участке.

Таким образом, расход металла на участке пропорционален произведению нагрузки на протяженность участка, т.е. линейному моменту нагрузки:

М = Р×l.                                                                 (34)

Для идеализированной сети с n участками, охватывающей территорию с равномерно распределенной нагрузкой, сумма линейных моментов может быть выражена формулой:

                                                   (35)

где ψ - коэффициент разветвленности, определяемый из анализа сетей с идеализированной конфигурацией и изменяющийся в пределах от 2,67 до 3,22;

γ - плотность равномерно распределенной по территории нагрузки, кВт/км²;

R - линейный параметр рассматриваемой территории (половина стороны квадрата или радиус вписанного в него круга).

Рассматривая территорию в виде квадрата со стороной 2r, по аналогии с формулой (35) получим удельный момент сети на единицу площади:

                                                     (36)

Распространяя формулу (32) на разветвленную сеть, с учетом формул (34) и (36) получим формулу для удельного расхода металла на единицу площади территории:

                                                          (37)

На разветвленную сеть можно распространить и формулу (34), если ввести понятие об эквивалентной площади поперечного сечения проводов линии при их массе, определяемой формулой (33):

                                                        (38)

Формулу (33) приведем к виду:

                                                      (39)

Тогда из прямолинейной аппроксимации зависимости капвложений от сечения провода:

К = (а + bF)L,                                                                 (40)

где а - часть капвложений на единицу длины линии, не зависящая от сечения;

bF - часть капвложений на единицу длины линии, зависящая от сечения, получим:

                                                         (41)

Удельная стоимость сети на единицу площади электрифицированной территории:

                               (42)

Таким образом, определены формулы для капитальных вложений в трансформаторные подстанции и в распределительные линии.

Сохраняя принятые допущения, перейдем к рассмотрению другой составляющей приведенных затрат, связанной с потерями энергии.

Пусть на участке трехфазной линии l_i с проводами сечением F протекает ток I. Тогда потери активной мощности составят:

                                                             (43)

Используя формулу плотности тока, получим:

                                                 (44)

т.е. потери мощности, как и расход металла, пропорциональны моменту нагрузки Pl. Для n участков сети суммарные потери составят:

                                                 (45)

или, учитывая формулу (35), для разветвленной сети с равномерно распределенной нагрузкой они будут равны:

                                                        (46)

Годовые потери энергии в линии:

                                                       (47)

где τ - число часов максимальных потерь энергии в год.

Наконец, удельные потери энергии в линиях, приходящиеся на единицу площади, будут равны:

                                             (48)

Определим потери энергии в трансформаторах. Эти потери слагаются из потерь холостого хода и нагрузочных потерь.

                                             (49)

где Р_х - активные потери холостого хода;

Р_к - активные потери короткого замыкания;

8760 - число часов в году;

τ - число часов максимальных потерь (зависит от числа часов Т использования максимальной мощности);

S_max - расчетная нагрузка трансформатора;

S_н - номинальная мощность трансформатора.

Если задаться средней мощностью ТП S_10/0,4 = Р_10/0,4, то общее их число на рассматриваемой территории будет:

                                                   (50)

где K_н - коэффициент несовпадения максимумов потребительских ТП, при помощи которого учитывается то обстоятельство, что поверхностная плотность нагрузки определена по ее участию в максимуме районных подстанций;

P_10/0,4 - мощность одной подстанции.

Удельное число ТП на единицу площади составляет:

                                       (51)

Удельная стоимость сетей 10 кВ вычисляется по формуле (42).

Однако переменную часть стоимости сетей 10 кВ можно не учитывать при сравнении вариантов построения низковольтных сетей, считая их одинаковыми. По этой же причине в расчетах можно не учитывать стоимость потерь энергии в сетях 10 кВ, а также переменные составляющие стоимостей подстанций.

Исходя из вышеизложенного, можно записать:

                  (52)

где с' - средние приведенные затраты на потери энергии в линиях 10 кВ и 0,38 кВ;

с" - средние приведенные затраты на потери энергии в трансформаторах 10/0,4 кВ;

р = Е_н + р_ам - принят одинаковым для всех элементов (для упрощения).

Если выделить в выражении (52) слагаемые, зависящие от радиуса ТП, то оно примет следующий вид:

                  (53)

Для четырехпроводной сети 0,38 кВ выражение (53) записывается следующим образом:

                           (54)

Продифференцировав выражение (54)  и приравняв производную к нулю, получим формулу для оптимального радиуса действия ТП:

                                             (55)

Для перехода к оптимальному количеству ТП обозначим поверхностную плотность нагрузки через р₀ и l₀:

γ = p₀/l₀².                                                               (56)

Используя (54) и (55), найдем N_ТП0 по (27):

                                 (57)

или

                           (58)

Формулы (57) и (58) определяют оптимальное количество ТП для идеализированных схем электроснабжения. Эти формулы идентичны, поэтому в дальнейшем будем ссылаться только на формулу (58).

Формула (58) позволяет получить оценку числа центров нагрузки. Это числа послужит ориентиром при формировании системы электроснабжения жилого сектора реального населенного пункта.

Крупные потребители влияют на выбор мощности и количества ТП.

Если такие потребители находятся на рассматриваемой территории, то, с одной стороны, имея решение по формуле (58) для идеализированных условий, и с другой - характеристики этих крупных потребителей, проектировщик может его скорректировать.

Если же мощный потребитель, например, фермерское хозяйство, функционирует вне территории населенного пункта, то, скорей всего, это потребует сооружения специальной трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ.

Кроме того, количество и мощности ТП, определенные в соответствии с формулой (58), могут потребовать корректировки из-за жестких условий размещения электрических сетей на территории населенного пункта. Основная часть сетей проходит вдоль улиц, что также должно быть учтено при конкретном проектировании.

Среднюю мощность подстанции можно найти по формуле:

                                                               (59)

Таким образом, формула (58) позволяет определить порядок выполнения предпроектных расчетов для предварительной оценки количества и мощности трансформаторных подстанций в сельских населенных пунктах.

При этом необходимо наличие следующей информации:

- количество жилых домов, Z;

- среднее расстояние между жилыми домами, l₀, км;

- удельная нагрузка на 1 дом, р₀, кВт/дом;

- коэффициент разветвленности сети ψ;

- коэффициент в переменной составляющей стоимости линии в сетях 0,38 кВ, b, руб./км · мм²;

- ежегодные отчисления от капвложений в линию 0,38 кВ, p_0,38;

- экономичная плотность тока, j, А/мм²;

- удельное сопротивление провода постоянному току, ρ, Ом · мм²/км;

- годовое время максимальных потерь, τ, ч/год;.

- себестоимость потерь энергии в сети 0,38 кВ, с, руб./кВт · ч;

- стоимость трансформаторной подстанции, К_ТП, руб.;

- ежегодные отчисления от стоимости К_ТП, р_ТП;

- линейное номинальное напряжение, U, кВ;

- коэффициент мощности в сети, cos φ.

Из формулы (58) следует, что не все переменные одинаково влияют на результат расчета по ней.

Некоторые показатели, например, такие, как номинальное напряжение, удельное электрическое сопротивление, коэффициент годовых отчислений от стоимостей провода и подстанции являются постоянными величинами, другие, например, плотность тока, коэффициент мощности, коэффициент разветвленности, произведение числа часов максимальных потерь и себестоимости потерь принимают изменяющимися в небольших пределах.

В качестве примера применения формулы (58) рассматривается влияние на результат изменения переменных:

- числа домов Z;

- удельной нагрузки одного дома р₀;

- среднего расстояния между домами l₀;

- коэффициента b;

стоимости трансформаторной подстанции K_ТП.

При необходимости возможно изменять и другие переменные.

Будем считать, что:

- Z изменяется в пределах 100 - 1200;

- удельная нагрузка на дом - от 1 до 11 кВт;

- среднее расстояние между домами - от 20 до 120 м;

- коэффициент b - от 500 до 6000 руб./км · мм²;

- стоимость подстанции - от 50 тыс. руб. до 850 тыс. руб.

Коэффициент ψ принимается равным 3, отчисления от стоимости провода р_0,38 = 0,177; от стоимости подстанции р_ТП = 0,184; материал проводов линии 0,38 кВ - алюминий, поэтому ρ = 29,5 Ом · мм²/км, время максимальных потерь τ = 1500 ч/год; плотность тока j = 0,6 А/мм²; номинальное напряжение U = 0,38 кВ, коэффициент мощности cos φ = 0,85.

При рассмотрении влияния на результат того или другого переменного показателя всем другим переменным, за исключением Z, придаем фиксированное значение. Что касается числа домов Z, то при изменении любой из переменных выполним серию расчетов, в соответствии с принятыми в расчетах изменяющимися значениями Z.

Пример 1

Определение - N_onm = f(р₀, Z).

Рассматривается ряд удельных нагрузок р₀ = 1,5; 3,0; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5 кВт/дом при имеющемся числе домов в населенном пункте: Z = 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200.

Фиксированные значения остальных аргументов: l₀ = 0,06 км; ψ = 3; b = 3000 руб./км · мм²; j = 0,6 А/мм²; ρ = 29,5 Ом · мм²/км; r = 1750 ч/год; c = 0,5 руб./кВт · ч; р_0,38 = 0,177; К_ТП = 350000 руб./п/ст.; р_ТП = 0,184; U = 0,38 кВ; cos φ = 0,85.

Результаты расчета приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость оптимального числа N_опт ТП 10/0,4 кВ от удельной электрической нагрузки р₀ дома и количества домов Z

Пример 2

Определение - N_опт = f(l₀, Z).

Рассматривается ряд средних расстояний между домами l₀ = 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; км при изменяющемся числе домов в населенном пункте: Z = 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200.

Фиксированные значения остальных аргументов те же, что и в Примере 1 без l₀, но с добавлением р₀ = 4,5 кВт.

Результаты расчета приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость оптимального числа N_oпт ТП 10/0,4 кВ от среднего расстояния l₀ между домами и количества домов Z

Пример 3

Определение - N_onm = f(K_ТП, Z).

Рассматривается ряд стоимостей трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ: К_ТП = 50000, 100000, 150000, 250000, 350000, 450000, 550000, 650000, 800000, 850000 руб. при изменяющемся числе домов также как и в предыдущих примерах: Z = 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200.

Фиксированные значения остальных аргументов те же, что и в Примере 2 без K_ТП, но с добавлением l₀ = 0,06 км.

Результаты расчета приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Зависимость оптимального числа N_опт ТП 10/0,4 кВ от их стоимости К_ТП и количества домов Z

Пример 4

Определение - N_опт = f(b, Z).

Рассматривается ряд коэффициентов переменной составляющей стоимости линии b = 500; 1000; 1500; 2000; 2500; 3000; 4500; 6000 руб./км · мм²; при изменяющемся числе домов в населенном пункте: Z = 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200.

Фиксированные значения других аргументов формулы (58) те же, что и в предыдущем примере, но без b и с добавлением K_ТП = 350000 руб./п/ст.

Результаты расчета приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость оптимального числа N_опт ТП 10/0,4 кВ от коэффициента b в переменной составляющей стоимости линии и количества домов Z

Приложение А
(справочное)

Вспомогательные материалы для определения потребности в средствах электроснабжения

А1 Средний объем зданий на расчетную единицу, усредненная расчетная температура внутреннего воздуха, количество рабочих дней в году предприятий сферы культурно-бытового обслуживания приведены в таблице А.1.

А2 Нормы расхода горячей воды приведены в таблице А.2.

A3 Температуры наружного воздуха, продолжительность отопительного периода приведение таблице А.3.

А4 Отопительные и вентиляционные характеристики проектируемых общественных зданий для села приведены в таблице А.4.

А5 Отопительные и вентиляционные характеристики общественных зданий приведены в таблице А.5.

А6 Значение коэффициента климатических условий приведено в таблице А.6.

А7 Значения поправочных коэффициентов на климатические условия приведены в таблице А.7.

А8 Суммарная солнечная радиация на вертикальную поверхность при безоблачном небе приведена в таблице А.8.

Таблица А.1 - Средний объем зданий на расчетную единицу, усредненная расчетная температура внутреннего воздуха, количество рабочих дней в году предприятий сферы культурно-бытового обслуживания

Таблица А.2 - Нормы расхода горячей воды

Таблица А.3 - Температуры наружного воздуха, продолжительность отопительного периода

Таблица А.4 - Отопительные и вентиляционные характеристики проектируемых общественных зданий для села

Таблица А.5 - Отопительные и вентиляционные характеристики общественных зданий

Таблица А.6 - Значение коэффициента климатических условий

Таблица А.7 - Значения поправочных коэффициентов на климатические условия

Таблица А.8 - Суммарная солнечная радиация на вертикальную поверхность при безоблачном небе

Средняя для самого жаркого периода (май, июнь, июль, август - по СНиП 23-01-99)

ккал/м²

 

СОДЕРЖАНИЕ