Методика определения потребности в средствах электроснабжения для социального развития села

(утв. Минсельхозом РФ 27.12.2001, протокол № 41)

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТРЕБНОСТИ В СРЕДСТВАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ СЕЛА

Методика разработана по заданию Минсельхоза России, рассмотрена и утверждена на заседании секции технологического проектирования Научно-технического совета Минсельхоза России 27 декабря 2001 г., протокол № 41.

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 (кв. м 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 методы 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 табл. 1.

<*> 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 , кВт); уст - число часов их использования (Ч , ч); исп - годовое потребление электроэнергии (W , кВт х ч); год

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

Рассмотрены следующие модели электропотребления.

1-я модель (табл. 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.

<*> Коэффициент использования - 0,38.

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

3-я модель (табл. 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.).

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

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 х ч);
• холодильники (500 - 650 кВт х ч);
• электроплиты (в зависимости от числа членов семьи 800 - 1600 кВт х ч). Потребление электроэнергии в усадебных застройках коттеджного типа рассматривается как пятый 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 кв. м;
• 5.Б - централизованное газоснабжение, постоянное проживание, площади помещений - 100, 200, 300 кв. м;
• 5.В - полная электрификация тепловых процессов, сезонное проживание, площади помещений - 100, 200, 300 кв. м;
• 5.Г - полная электрификация тепловых процессов, постоянное проживание, площади помещений - 100, 200, 300 кв. м.

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 табл. 6 и 7.

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

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

Объемы потребления электроэнергии изменяются в больших пределах:

• для сезонного проживания - от 2774 до 3884 кВт х ч;
• при постоянном проживании - от 4578 до 7121 кВт х 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 (табл. 8 и 9).

Мощность осветительных и отопительных установок существенно зависит от площади помещений.

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

Установленная мощность для коттеджей:

S = 100 кв. м - 40,9 кВт;

S = 200 кв. м - 50,4 кВт;

S = 300 кв. м - 59 кВт.

Объемы электропотребления при сезонном проживании возрастают с

18,4  МВт  х ч в год при S = 100 кв. м до 39,5 МВт х ч при S = 300
кв. м. При постоянном проживании W    изменяется от 34,1 до 72 МВт

                              год

х ч.

Наряду с указанными показателями разработаны графики сезонных нагрузок, которые сведены в табл. 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.

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

• 2-й модели зимний суточный график электропотребления имеет 2 пика электрической нагрузки — утренний и вечерний.

Утренний пик — с 6 до 8 ч — 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-й 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 — кипятильника (чайника, водонагревателя), плитки, а также включением силового оборудования — электронасоса для воды, пылесоса, стиральной машины (утюга);

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

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) различаются 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), имевших приусадебные участки в 1990 и 1999 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 (табл. 13).

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 содержатся в среднем: 1 корова, 2 свиньи, 5 кур.

Суммарная мощность Р меньше 0,8 кВт, с годовым уст потреблением электроэнергии W менее 100 кВт х ч. год

Необходимые приборы для этого типа ЛПХ указаны в таблице 14.

2-й тип (наиболее распространенный) — в ЛПХ содержатся: 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:

• хозблок освещается 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% P ; 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 кв. м.

Мощность обогревательного устройства для обогрева почвы — 0,1 кВт/кв. м.

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 х ч.

    Перечень  приборов  в  ЛПХ,  их  установленная мощность, число
часов  использования, годовое электропотребление приведены в табл.

15. В целом Р для ЛПХ 2-го типа — 3,3 кВт и W — 1023 уст год кВт х ч.

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

Как правило, это большие семьи, где получил распространение «семейный подряд» и имеется большое поголовье животных и птицы. Эти хозяйства производят продукцию в объемах для личного потребления двух-трех 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-го типа сведены в табл. 16.

В целом для ЛПХ 3-го типа: - суммарная мощность Р — 7,74 кВт; уст — годовое потребление электроэнергии W — приблизительно год 2500 — 2800 кВт х ч.

Почасовые нагрузки для рассмотренных типов ЛПХ приведены в табл. 17.

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 табл. 18.

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    и W    могут   превышать   фактические   данные   действующих
 уст    год

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 табл. 19, 20 и 21.

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

<*> Без скобок указано количество голов свиноматок, в скобках — количество голов молодняка.

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.

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:

                d T k   E  альфа  Z    E  альфа  Z
                     o   н      н  н    л      л  л

W = ------ [------------ + ------------],

                 1000      k  L           k  L
                            н  н           л  л

           кВт х ч/семья х год или кВт х ч/чел. х год,         (1)

где:

    d - показатель жилой  площади  на 1 сельскую семью или  одного
сельского  жителя, кв. м (в настоящее время эта величина в среднем
по стране составляет не  ниже 47 кв. м на семью  или 13 куб. м  на

жителя); Т — годовое число часов использования установленной мощности осветительных установок (принимается дифференцированно по световым поясам; для расчета среднероссийского показателя принято 1000 ч); k — коэффициент одновременности включения ламп, равный 0,36 о

(в квартирах с  большей  площадью  и  большим  количеством  комнат
значение k  снижается на 8 - 10%);

      о

    Е - освещенность, лк  (минимальную  освещенность  в  расчетном
периоде  следует  принимать  для  ламп  накаливания  (Е )  90  лк,

                                                   н
                                лм

люминесцентных (Е ) — 120 лк (120 -----));

                 л                кв. м
    альфа - коэффициент запаса ламп, учитывающий  реальные условия
эксплуатации  ламп  и  светильников  (принят: для ламп накаливания
(альфа ) - 1,3, люминесцентных (альфа )  -  1,5);
      н                              л

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 )  -  0,34;

                                                  н

люминесцентных (k ) — 0,42); л 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 ) - 13,0;

                                                    н

люминесцентных (L ) — 59 лм/Вт); л Z — охват лампами накаливания (Z ) и люминесцентными лампами н (Z ) сельских домов (зависит от масштабов производства различных л

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 х ч, в т.ч. лампами накаливания — 118, люминесцентными лампами — 2 кВт х 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:

-3

             W     = 10   х Р  х Т  х Z , кВт х ч,             (2)
              эхпр           t    t    t

где:
P  - установленная  мощность,  Вт (принимается  из  паспортных
 t

данных приборов); T — годовое число часов использования прибора (зависит от t 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 — уровень обеспеченности сельских семей приборами t различного типа, %.

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

Средние значения установленной мощности приборов и число часов их использования (Т) приведены в табл. 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 на электрифицированные процессы приготовления пищи, горячее водоснабжение, отопление, кондиционирование 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/год. Следовательно, потребление электроэнергии в расчете на одного сельского жителя не превышает 90 — 110 кВт х ч/год.

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 табл. 27.

Горячее водоснабжение

Для подогрева небольшого количества воды применяются электрифицированные приборы мощностью 300 — 1000 Вт — электрокипятильники. Расход электрической энергии в этом случае не превышает 100 кВт х 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
   1,16 х 10

W    = ----------- х с х ро х b х [(55 - t  ) х n  + (365 - n ) х (55 - t  )],
 г.в       эта                            хз     о           о           хл

           кВт х ч/семья х год или кВт х ч/чел. х год,         (3)

где:
         -3
1,16 х 10   - коэффициент перевода ккал в кВт х ч;
с - теплоемкость воды, ккал/(кг х °С);
ро - плотность воды при t = 55 °С (986 кг/куб. м);
b - суточная норма расхода горячей воды, куб. м/сут.;

    t  , t   - температура холодной воды зимой  и  летом, °С  (при
     хз   хл

отсутствии данных принимается равной зимой — 5, летом — 10 °С); n — продолжительность отопительного периода, сут.; о

    эта -  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 (табл. 28).

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 х ч на жителя в год.

Расход электроэнергии для полного обогрева помещений составляет 3 — 5 тыс. кВт х ч/чел. в 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 — на юге страны.

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

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

4.2. Личные приусадебные хозяйства

Расход электрической энергии 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 России.

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, 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 табл. 30.

В растениеводстве электроэнергия применяется пока ограниченно. Это связано со значительным удельным расходом электроэнергии — при облучении рассады на 1 кв. м грунта расходуется 65 кВт х 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 х ч на 1 кв. м.

Наиболее распространено использование электроэнергии для полива сада-огорода. На полив 100 кв. м расход электроэнергии составляет приблизительно 20 — 25 кВт х ч.

На все указанные процессы в среднем приходится 70 кВт х ч/год на семью, на 1 сельского жителя — 20 кВт х ч/год.

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

(кВт х ч/год)

<*> При коэффициенте семейности 3,5 человека.

Таким образом, суммарный расход электроэнергии на ведение ЛПХ на 1 сельского жителя в среднем составляет 100 кВт х ч/год.

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 -3 сельского жителя показатели следует уменьшить в 1000 раз (10 ).

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 табл. 32.

(кВт х ч/чел. х год)

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:

               А х ДЕЛЬТА W

           W     = ------------, кВт х ч/чел. х год,           (4)
            пр.п       1000

где:

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

ДЕЛЬТА W — расход электрической энергии на одно условное блюдо (приблизительно 0,26 кВт х ч).

Количество условных блюд за год рассчитывается по формуле:

А = m х О х дельта х К х n, (5) ф

где:
m    -  фактическое  число   посадочных  мест в  столовых  или
 ф

число мест в детских садах-яслях, медицинских стационарах;

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

дельта — 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, табл. 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, 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
           1,16 х 10

        W    = ----------- х с х ро х b х [(55 - t  ) n  +
         г.в       эта                            хз   о

      + бета (n - n )(55 - t  )] m , кВт х ч/чел. х год,       (6)
                   о        хл

где:
         -6
1,16 х 10   -  коэффициент  перевода  ккал  в кВт х ч с учетом

расхода на 1 сельского жителя;

b — норма расхода горячей воды при температуре 55 °С на расчетную единицу измерения, куб. м/сут. (применяется в соответствии со СНиП 2.04.01-85*; для ряда предприятий культурно-бытового назначения средняя суточная норма расхода горячей воды приведена в Приложении А, табл. 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%);

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

эта — КПД электронагревателей: аккумуляторного типа — 0,82; проточного типа — 0,93; быстродействующих электронагревателей кухонного типа — 0,8;

с — теплоемкость воды, ккал/(кг х °С);

ро — плотность воды при t = 55 °С (986 кг/куб. м);

    t  , t   - температура холодной воды зимой и летом, °С;
     хз   хл
    n  - продолжительность отопительного периода, сут.

 о

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:

              -6             t   - t
     1,16 х 10                вн    ср.о
W  = ----------- х 24 х Q  х ----------- х n  х гамма, кВт х ч; (7)
 о       эта             о    t   - t       о
                               вн    р.о

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

          -6
 1,16 х 10

W  = ----------- х 24 х V  х q  х (t   - t    ) х n  х гамма, кВт х ч; (8)
 о       эта             н    о     вн    ср.о     о

где:
Q   -   максимальный  часовой  расход   тепла   на  отопление,
 о

ккал/ч (принимается по данным типовых проектов); t — усредненная расчетная температура внутреннего воздуха вн отапливаемых зданий, °С (принимается по характерной температуре в помещениях зданий (Приложение А, табл. А.1)); t — средняя температура наружного воздуха периода со ср.о среднесуточной температурой меньше или равной 8 °С; n — продолжительность отопительного периода со среднесуточной о температурой воздуха меньше или равной 8 °С, сут.; t — расчетная средняя температура воздуха наиболее холодной р.о пятидневки, °С, обеспеченностью 0,98;

    t    , t   , n  - принимаются в соответствии со  СНиП 23-01-99
     ср.о   р.о   о
(для ряда населенных  пунктов  страны  приведены в  Приложении  А,

табл. А.3);

    гамма - коэффициент, учитывающий  приток  теплоты  от  энергии
солнечного   излучения,  тепловыделений  приборов,  людей,  других

источников; V — строительный объем зданий, куб. м; н q — удельная тепловая характеристика зданий, ккал/(куб. м х ч о х °С).

Для ряда предприятий сферы культурно-бытового обслуживания показатели V и q приведены в Приложении А, табл. А.4. Для

             н     о
укрупненных   расчетов  показатели   q     следует   принимать  по

                                  о

Приложению А, табл. А.5.

В Приложении А, табл. А.5, удельные тепловые характеристики зданий приведены для расчетной температуры наружного воздуха t = -30 °С. Для других расчетных температур значение удельных тепловых характеристик при t = -30 °С следует умножать на поправочный коэффициент альфа на климатические условия. Его значения приведены в Приложении А, табл. 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 К , рассчитываемых

                                             i

по формуле:

                       (t   - t      ) х n
                         вн    ср.о.i     oi
                 K   = ---------------------.                  (9)
                  io     (t   - t    ) х n
                           вн    ср.о     o

В знаменателе показатели базисного района. За базисный принят Центральный район.

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

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

                -6             t   - t
       1,16 х 10                вн    ср.о
  W  = ----------- х n  х Q  х ----------- х n , кВт х ч/год; (10)
   в       эта        в    в    t   - t        о
                                 вн    р.в

где:
         -6
1,16 х 10   - коэффициент перевода ккал  в  кВт х ч  с  учетом

расхода на 1 сельского жителя; n — усредненное за отопительный период число часов работы в системы вентиляции общественных зданий в течение суток (при отсутствии данных принимается равным 16 ч); Q — максимальные часовые расходы тепла на вентиляцию, ккал/ч в (принимаются по данным типовых проектов); t — расчетная температура наружного воздуха для р.в

проектирования вентиляции, °С   (принимается   по   СНиП  23-01-99
(температура  воздуха   холодного  периода  обеспеченностью 0,94);
для ряда населенных пунктов страны t     приведена  в   Приложении

                                р.в

А, табл. А.3, графа 3); n — продолжительность отопительного периода со среднесуточной о температурой воздуха меньше или равной 8 °С, сут. (Приложение А, табл. А.3, графа 6).

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

            -6
   1,16 х 10

  W  = ----------- х V  х q  х (t   - t    ) х n  х n , кВт х ч, (11)
   в       эта        в    в     вн    ср.о     о    в

где:
         -6
1,16 х 10   -  коэффициент  перевода  ккал  в кВт х ч с учетом

расхода на 1 сельского жителя; V — вентилируемый объем здания, куб. м; в q — удельная вентиляционная характеристика зданий, ккал/(куб. в м х ч х °С).

    Для  ряда  предприятий  и  учреждений  V   и  q   приведены  в
                                            в      в

Приложении А, табл. А.4. Для укрупненных расчетов следует руководствоваться Приложением А, табл. 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 рассчитывается как:

          -6

     1,16 х 10   х Т
W  = --------------- х (Q    + Q    + Q     + Q   + Q   ), кВт х ч, (12)
 к          К            нар    рад    возд    пр    люд

         х

где:

    Т - число   часов   использования максимальной  мощности  (для
центральных  районов страны: для столовых - 600, для клубов - 1000

ч); К — среднесезонный холодильный коэффициент, приблизительно 3; х Q — приток тепла через наружные ограждения; нар Q — поступление тепла с солнечной радиацией; рад Q — приток тепла в результате воздухообмена; возд Q — тепловыделения приборов и оборудования, ккал/ч (для пр огневой плиты с площадью поверхности нагрева 1,68 х 0,72 кв. м Q пр

равно 6400 ккал/ч; газовой плиты  с  площадью  нагрева 1,135 х 0,8
кв. м - 4000 ккал/ч; водонагревателя  (титана)  объемом 25 л - 600
ккал/ч; для электроприборов Q   составляет  260  ккал/ч  на  1 кВт

                         пр

установленной мощности); Q — тепловыделения людей. люд

         Q    = q  х ню  х (t    - t  ), ккал/ч,              (13)
          нар    о     н     р.п    вн

где:
q  - удельная тепловая характеристика зданий, ккал/(куб. м х ч
 о

х °С); ню — строительный объем зданий, куб. м; н t — усредненная расчетная температура внутреннего воздуха вн отапливаемых зданий, °С (принимается по Приложению А, табл. А.1); t — абсолютная максимальная температура воздуха теплого р.п

периода  (принимается  по  СНиП 2.04.05-91*;  для  ряда населенных
пунктов t    приведена в Приложении А, табл. А.3, графа 5);

     р.п

           Q    = F    х q    х А   , ккал/ч,                 (14)
            рад    ост    ост    ост

где:
F    -  поверхность остекления,  кв. м (принимается по типовым
 ост

проектам соответствующих предприятий и учреждений); q — величина суммарной солнечной радиации на вертикальную ост

поверхность остекления, ккал/кв. м х 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 принимать по Приложению А, табл. А.8); ост А — коэффициент, зависящий от характеристики остекления, ост колеблется от 0,25 до 1,15 (средние значения 0,7 — 0,8);

      Q     = m х гамма х j х (J    - J  ), ккал/ч,           (15)
       возд                     нар    вн

где:
m -  кратность  обмена воздуха  в час   (принимается  по  СНиП

2.04.05-91*; для столовых следует принимать 3, для клубов, дворцов культуры — 20 раз/ч);

    гамма -  объем   кондиционируемого   воздуха    в    помещении
(принимается по внутренней  кубатуре  на  1  расчетную  единицу  и
количество расчетных единиц; для столовых  следует  принимать  35,

для клубов, домов культуры — 20 куб. м/чел.); j — удельный вес воздуха (при t = 20 °С j = 1,2 кг/куб. м); н

    J    - J   - разница в теплосодержании наружного и внутреннего
     нар    вн

воздуха, ккал/кг (по I-d диаграмме);

             Q    = m  х q   х К , ккал/ч,                    (16)
              люд    ч    уд    з

где:
m  - количество человек в помещении;
 ч
q   - тепловыделения  одного   человека,   приблизительно   80
 уд

ккал/ч; К — коэффициент присутствия. з

Расход электрической энергии на кондиционирование воздуха приведен в табл. 33.

<*> С учетом процента охвата.

Наружное освещение

Расход электрической энергии на освещение улиц определяется по выражению:

W = P x T x лямбда, Вт х ч, (17) нс

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);

лямбда — длина улицы, приходящаяся на одного человека (принимается в зависимости от плотности жилищного фонда; для укрупненных расчетов лямбда следует принимать 3 — 5 м на человека).

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

С учетом сказанного W = 55,8 кВт х ч/чел., с учетом охвата нс W = 22 кВт х ч/чел. нс

Водоснабжение и канализация

Расход электрической энергии на водоснабжение и канализацию определяют по формуле:

         W    = (в  х w  + в  х w ) x 365, кВт х ч,           (18)
          в,к     в    в    к    к

где:

    в , в  - удельные показатели  расхода  воды на водоснабжение и
     в   к
канализацию, куб. м/чел. х сут.     (для    укрупненных   расчетов

принимать: водоснабжение — 0,1 куб. м; канализация — 0,055 куб. м/ чел. х сут.);

    w , w  - удельный расход электрической энергии на водопровод и
     в   к

канализацию, составляет соответственно 0,35 и 0,2 кВт х ч/куб. м.

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 табл. 34.

<*> С учетом процента охвата.

Итоговые показатели по всем рассмотренным объектам сферы культурно-бытового обслуживания и всем процессам в расчете на одного сельского жителя сведены в табл. 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, 1 кв. м 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 табл. 35.

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, так как 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 т.ч. и в электроэнергетике, служат приведенные затраты З, равные:

З = С + Е = К, (19) н

где:

С — себестоимость или годовые текущие издержки объекта в эксплуатации;

Е — нормативный коэффициент сравнительной экономической н эффективности капиталовложений, который является величиной, 1

обратной сроку окупаемости (Е  = ---);
                             н   Т

                              ок

К — капитальные вложения.

Как известно:

               С = И    + И   + И  + И  + И  ,                (20)
                    рен    кр    э    з    пр

где:
И    -   амортизационные     отчисления    на       реновацию,
 рен

предназначенные для полного возмещения основных фондов по истечении срока службы объекта; И — амортизационные отчисления на капитальный ремонт, кр предназначенные для частичного восстановления и модернизации оборудования; И — затраты на потери электроэнергии в сетях; э И — зарплата обслуживающего персонала; з И — прочие производственные и непроизводственные расходы, пр

включающие затраты на вспомогательные   (смазочные,  обтирочные  и
т.п.)   материалы,   текущий   ремонт,   услуги    вспомогательных

производств, а также общесетевые расходы.

    Амортизационные отчисления И    и И    определяются процентами
                                рен    кр

от величины капитальных вложений.

Амортизационные отчисления нормируются и равны:

                          И
                           ам

                        р   = ---,                            (21)
                         ам    К

    где: И   = И    + И  .
          ам    рен    кр

С учетом изложенного можно записать:

С = И + И. (22) ам

 Обозначив:

                      р = Е  + р  ,                           (23)
                           н    ам

получим:

З = р х 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 . (25) min

Выбор оптимальной схемы электроснабжения, в т.ч. и электроснабжения сельских населенных пунктов, представляет собой очень сложную задачу. Исходя из специфики задачи и сложности 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) гамма;
• 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 гамма, № и Т позволяют использовать упрощенные методы расчета приведенных затрат для решения различных оптимизационных задач систем электроснабжения, в т.ч. 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.

Примем 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 - лямбда , расчетную нагрузку  на 1  дом -

                            о

р . Квадрат со стороной 2R разбиваем на множество квадратов со о стороной 2r, где r — радиус действия одной ТП. Из этого следует, что:

                      2           2
                  пи R  = N   пи r ,                          (26)

                       ТП

где N   - количество подстанций 10/0,4 кВ.
     ТП
             R 2

    Тогда N   = (-) .
           ТП    r
                    2           2
    Учитывая, что 4R  = Z лямбда , выразим  число ТП  через  число

                            0

домов:

                                2
                        Z лямбда
                                о

                      N   = ---------.                        (27)
                       ТП        2

                           4r

                                  1

    Тогда удельное количество N    = ---.
                               ТПо     2

                                 4r

    Сделав  еще  одно допущение о том, что средняя стоимость ТП не
зависит от мощности трансформатора и равняется К  , получим З   =
                                                ТП           ТП
N   K  .
 ТП  ТП
    Анализ  показывает,  что  длину  сети  10  кВ в зависимости от
радиуса   сети  0,38  кВ  можно  выразить  приближенной   формулой

    2
  2R

L   = ---. Соответственно, ее  удельная  протяженность  (км/кв. м)
 10    r

составляет:

                        L

                             10   1
                     L    = --- = --.                         (28)
                      10      2   2r
                        о   4R

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

G = 4d F лямбда, (29)

где d — плотность материала провода.

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

                           P

I = --------------, (30) _ /3 х U cos фи

и следовательно:

                           I

F = -, (31) j

то из формул (29) и (30) следует:

                 4d лямбда I     4d лямбда P
             G = ----------- = ----------------.              (32)
                      j            _

                           j \/3 х U cos фи

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

              G                4d лямбда P

F = --------- = ---------------------------- = 4d лямбда _ j /3 х U cos фи х 4d лямбда

                         P лямбда

= -----------------------. (33) _ лямбда j /3 х U cos фи

В этих формулах:

Р — мощность, передаваемая по участку;

лямбда — длина участка;

j — плотность тока;

U — номинальное напряжение;

cos фи — коэффициент мощности на участке.

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

М = Р лямбда. (34)

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

                   n                          3
              М = SUM P  лямбда  = пси гамма R ,              (35)
                   1   i       i

где:

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

гамма — плотность равномерно распределенной по территории нагрузки, кВт/кв. км;

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:

                            3

                 М   пси гамма r    гамма пси r
            М  = - = ------------ = -----------.              (36)
             о   F         2             4

                     4r

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

                     d пси гамма r

                   G  = ----------------.                     (37)
                    о     _

                    \/3 х U j cos фи

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

                         Р лямбда

                 F  = -----------------------.                (38)
                  э              _

                  j лямбда \/3 х U cos фи

Формулу (33) приведем к виду:

                                 3
                      пси гамма R

                  F  = ------------------.                    (39)
                   э       _

                   j \/3 х U L cos фи

Тогда из прямолинейной аппроксимации зависимости капвложений от сечения провода:

К = (а + b F) L, (40)

где:

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

b F — часть капвложений на единицу длины линии, зависящая от сечения;

получим:

                                     3
                        b пси гамма r

К = а L + ----------------. (41) _ j /3 х U cos фи

Удельная стоимость сети на единицу площади электрифицированной территории:

                             3

      К             b пси гамма r                b пси гамма r
 К  = - = а L  + -------------------- = а L  + -----------------.  (42)
  о   F      о     2     _                 о        _
                 4r  j \/3 х U cos фи          4j \/3 х U cos фи

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 лямбда с проводами сечением i F протекает ток I. Тогда потери активной мощности составят:

                          2
                        3I  ро лямбда
                                     i

                ДЕЛЬТА Р  = --------------.                   (43)
                        i         F

Используя формулу плотности тока, получим:

                                   3j P  ро лямбда
                                       i          i
    ДЕЛЬТА Р  = 3j I ро лямбда = --------------------,        (44)
            i                      _                3

                             \/3 х U cos фи х 10

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

                                  _      n
                                \/3 х j SUM P  лямбда
                 n                       1   i       i
     ДЕЛЬТА Р = SUM ДЕЛЬТА Р  = ----------------------,       (45)
                 1          i                    3

                                U cos фи х 10

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

                          _              3
                        \/3 х пси гамма R  j ро
             ДЕЛЬТА Р = -----------------------.              (46)

                                     3
                        U cos фи х 10

Годовые потери энергии в линии:

                        _              3
                      \/3 х пси гамма r  j ро тау
           ДЕЛЬТА W = ---------------------------,            (47)

                          3
                        10  х U cos фи

где тау — число часов максимальных потерь энергии в год.

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

                          _

                 ДЕЛЬТА W   \/3 х гамма пси r j ро тау
     ДЕЛЬТА W  = -------- = --------------------------.       (48)
             о       F               3
                               4 х 10  х U cos фи

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

                                  S
                                   max 2

              W = Р  х 8760 + Р  тау (----) ,                 (49)
                   х           к       S

                                    н

где:
Р  - активные потери холостого хода;
 х
8760 - число часов в году;
Р  - активные потери короткого замыкания;
 к
тау - число часов максимальных потерь (зависит от числа  часов

Т использования максимальной мощности); S — расчетная нагрузка трансформатора; max S — номинальная мощность трансформатора. н

    Если задаться средней мощностью ТП S       = Р      , то общее
                                        10/0,4    10/0,4

их число на рассматриваемой территории будет:

                            2

                              4R  гамма
             N       = N   = ----------,                      (50)
              10/0,4    ТП   К  Р
                              н  10/0,4

где
К  - коэффициент несовпадения максимумов  потребительских  ТП,
 н

при  помощи   которого   учитывается   то   обстоятельство,    что
поверхностная  плотность  нагрузки  определена  по  ее  участию  в

максимуме районных подстанций; Р — мощность одной подстанции. 10/0,4

Удельное число ТП на единицу площади составляет: N

                           10/0,4      гамма
      N          = N    = ------- = ----------.               (51)
       о(10/0,4)    ТПо       2     К  Р
                            4R       н  10/0,4

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 изложенного, можно записать:

            а        m                          __________
             10       10/0,4                   /     r
     З  = ------ р + ------- р + а     альфа \/----------- р +
      о   2r           2          0,38         К  Р
            0,38     4r                         н  10/0,38

                   0,38

                              _

     пси гамма r     b          \/3 х пси гамма r     j тау c'
                0,38  0,38                       0,38

+ ------------------------ р + ------------------------------ +

     _                                    3
   \/3 х 4 х j U     cos фи         4 х 10  х U     cos фи
                0,38                           0,38

  К       гамма
   10/0,4                                         гамма
+ ------------- р + (Р  с" х 8760 + Р  с' тау) ----------,    (52)
    К  Р              х              к         К  Р
     н  10/0,4                                  н  10/0,4

где:
с' -  средние приведенные затраты на  потери  энергии в линиях

10 и 0,38 кВ; с» — средние приведенные затраты на потери энергии в трансформаторах 10/0,4 кВ;

    р = Е  + р   - принят  одинаковым  для  всех  элементов   (для
         н    ам

упрощения).

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

      а          m               пси гамма b     r
       10         n                         0,38
 З  = --- р   + --- р       + ------------------------ р     +
  о    2r  10     2  10/0,4     _                       0,38
                4r            \/3 х 4 х j U     cos фи

                                       0,38

                 _
               \/3 х пси гамма j ро тау с r

+ ----------------------------. (53) 3 4 х 10 х U cos фи 0,38

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

               а         К   р     пси гамма b r р
                10        ТП  ТП                  0,38
          З  = --- р   + ------- + -------------------- +
           о    2r  10       2       _
                           4r      \/3 х 4 х j U cos фи

                 _
               \/3 х пси гамма j ро с тау

+ -------------------------- r. (54) 3 4 х 10 х U cos фи

                                         dЗ
                                           о

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

          _________________________________________

             /              _
            /      2К   х \/3 х j U cos фи х р
          3/         ТП                       ТП
  r    = \/--------------------------------------------.      (55)
   опт                               2              -3
           пси гамма (b p     + 3 x j  ро с тау х 10  )

                     0,38

    Для   перехода   к   оптимальному   количеству   ТП  обозначим
поверхностную плотность нагрузки через р  и лямбда :
                                        о         о

                             р
                              о

гамма = -------. (56) 2 лямбда о

Используя (54) и (55), найдем № по (27): ТПо

          _______________________________________________________

            / 3  2       2    2              _    2              -3 2
           / Z  р  лямбда  пси  (b p     + \/3 х j  ро тау с х 10  )
        3 /      о       о          0,38
 N    = \/ ---------------------------------------------------------- (57)
  ТПо                                                 2
                            256 х (К   р   U j cos фи)
                                    ТП  ТП

или

                                       _    2              -3 2
           лямбда  пси р  (b p     + \/3 х j  ро тау с х 10  )
                 о      о     0,38                              2/3
 N    = Z [----------------------------------------------------]   . (58)
  ТПо                    16 х К   р   U j cos фи
                               ТП  ТП

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 число 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, имея, с одной стороны, 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, скорее 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:

                           Z р
                              о

                     S   = -----------.                       (59)
                      ср   N    cos фи

                        опт

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 лямбда , км; о - удельная нагрузка на 1 дом р , кВт/дом; о - коэффициент разветвленности сети пси; - коэффициент в переменной составляющей стоимости линии в сетях 0,38 кВ b, руб./км х кв. мм; - ежегодные отчисления от капитальных вложений в линию 0,38 кВ р ; 0,38 - экономичная плотность тока j, А/кв. мм; - удельное сопротивление провода постоянному току ро, Ом х кв. мм/км; - годовое время максимальных потерь тау, ч/год; - себестоимость потерь энергии в сети 0,38 кВ с, руб./кВт х ч; - стоимость трансформаторной подстанции К , руб.; ТП - ежегодные отчисления от стоимости К р ; ТП ТП - линейное номинальное напряжение U, кВ; - коэффициент мощности в сети cos фи.

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 р ; о - среднего расстояния между домами лямбда ; о - коэффициента b; - стоимости трансформаторной подстанции К . ТП

При необходимости возможно изменять и другие переменные.

Будем считать, что:

• Z изменяется в пределах 100 — 1200 шт.;
• 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 х кв. мм;
• стоимость подстанции — от 50 тыс. руб. до 850 тыс. руб.

    Коэффициент  пси принимается равным 3; отчисления от стоимости
провода  р     =  0,177,  от  стоимости  подстанции  р    = 0,184;
          0,38                                        ТП
материал  проводов  линии  0,38  кВ  - алюминий, поэтому ро = 29,5
Ом х кв. мм/км; время максимальных  потерь   тау   =   1500 ч/год;
плотность  тока   j   =   0,6 А/кв. мм;   номинальное   напряжение

U = 0,38 кВ; коэффициент мощности cos фи = 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    = f(р , Z).
                 опт      о
    Рассматривается  ряд  удельных нагрузок р  = 1,5; 3,0; 4,5; 6;

                                         о

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: лямбда  = 0,06

                                                      о

км; пси = 3; b = 3000 руб./км х кв. мм; j = 0,6 А/кв. мм; ро = 29,5 Ом х кв. мм/км; тау = 1750 ч/год; с = 0,5 руб./кВт х ч; р 0,38

=  0,177; К   = 350000 руб./п/ст.; р   = 0,184;  U = 0,38 кВ;  cos
           ТП                       ТП

фи = 0,85.

Результаты расчета приведены на рис. 1.

Зависимость оптимального числа № ТП 10/0,4 кВ опт от удельной электрической нагрузки р дома о и количества домов Z

График не приводится.

Рис. 1.

Пример 2.

    Определение N    = f(лямбда , Z).
                 опт           о
    Рассматривается ряд средних расстояний между домами  лямбда  =

                                                           о

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 лямбда , но с добавлением р  = 4,5 кВт.
                    о                    о

Результаты расчета приведены на рис. 2.

Зависимость оптимального числа № ТП 10/0,4 кВ опт от среднего расстояния лямбда между домами о и количества домов Z

                  График не приводится.

Рассматривается ряд стоимостей трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ К = 50000, 100000, 150000, 250000, 350000, 450000, ТП

550000,  650000, 800000, 850000 руб. при изменяющемся числе домов,
так же 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 К  , но с добавлением лямбда  = 0,06 км.
                ТП                         о

Результаты расчета приведены на рис. 3.

Зависимость оптимального числа № ТП 10/0,4 кВ опт от их стоимости К и количества домов Z ТП

График не приводится.

Рис. 3.

Пример 4.

Определение N = f(b, Z). опт

    Рассматривается   ряд  коэффициентов  переменной  составляющей
стоимости линии b = 500; 1000; 1500; 2000; 2500; 3000; 4500;  6000
руб./км х кв. мм 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 К = ТП 350000 руб./п/ст.

Результаты расчета приведены на рис. 4.

Зависимость оптимального числа № ТП 10/0,4 кВ опт от коэффициента b в переменной составляющей стоимости линии и количества домов Z

График не приводится.

Примечания:

1. Нормы расхода горячей воды в водоразборных стояках систем горячего водоснабжения 55 °С.

2. Среднюю температуру воды в системах центрального горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором горячей воды из трубопроводов тепловой сети следует принимать 65 °С, а нормы расхода воды определять с коэффициентом 0,85.

3. Для предприятий общественного питания и других потребителей горячей воды, где по условиям технологии требуется дополнительный подогрев воды, нормы расхода горячей воды следует принимать по данной таблице без учета коэффициента 0,85.

<*> Таблица составлена на основании анализа действующих предприятий.

<**> В ряде помещении КБО (ремонт одежды, пункт химчистки, парикмахерская) предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением.