Системы электроснабжения

Алгебра
Задачи

Сопромат

Физика
Реактор

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 1.1. Электрификация жизнедеятельности человека

 1.2. Электроприемники и потребители электроэнергии, их классификация

  1.3. Понятие процесса электроснабжения и системы электроснабжения,

 ее место в электроэнергетике

 1.4. Обобщенная структура системы электроснабжения

  1.5. Роль распределительных пунктов в распределительных сетях, древовидная

  структура СЭС

 1.6. Требования, предъявляемые к системам электроснабжения

Электрификация жизнедеятельности человека

Для реализации своей жизнедеятельности в определенных сферах в настоящее время человек использует такие наиболее распространенные виды энергии, как тепловая, механическая, лучистая, химическая. Формально любую жизнедеятельность человека можно представить в виде двухполюсника (рис. 1.1), который преобразует вход в выход по определенному закону, называемому технологическим процессом.

Рис. 1.1. Структура жизнедеятельности человека

Названные выше виды энергии используются для совершения работы в технологическом процессе.

С момента изобретения электричества человечество пришло к выводу, что большинство видов энергии, необходимых для своей жизнедеятельности, целесообразно получать из электрической энергии путем преобразования ее с помощью определенных физических устройств. Эта целесообразность была определена экономическими и экологическими факторами. Указанный процесс получения необходимых видов энергии из электрической получил название электрификации жизнедеятельности человека, а технологический процесс этой деятельности – электрифицированного технологического процесса.

В настоящее время электроэнергия проникла во все сферы жизни: быт, производство, транспорт, сырьевые и перерабатывающие отрасли и т.д. С развитием электрификации появились принципиально новые технологические процессы, определившие современное состояние научно-технического прогресса: электролиз, электрохимия, электротермия. На их основе появились новые электротехнологические процессы, связанные с получением высококачественной стали, титана, магния, ферросплавов и т.д. Сейчас электротехнология в промышленности включает наиболее энергоемкие процессы.

Развитие силовой электроники и микроэлектроники вызвало создание цифровых технических систем, позволивших перевести управление технологическими процессами на новый уровень – автоматизированное управление и робототехнику, а современная электрификация быта человека привела к совершенно другим, более комфортным условиям жизни.

Электроприемники и потребители электроэнергии, их классификация

Приемником электрической энергии (электроприемником) называется физическое устройство, получающее электрическую энергию и преобразующее ее в другие виды энергии, необходимые для жизнедеятельности человека: механическую, тепловую, лучистую и т.д. Совокупность электроприемников, расположенных на определенной территории и объединенных единством технологического процесса, образует потребителя электроэнергии.

Потребитель электроэнергии – это весьма обобщенное понятие.
В зависимости от поставленной задачи при организации электрифицированного быта человека примерами потребителя электроэнергии могут быть квартира, подъезд дома, дом, жилой микрорайон, город и т.д. А при организации электрифицированного производства потребителями электроэнергии могут быть производственный участок, цех, производственный корпус, предприятие.

При решении задач электроснабжения электроприемников и потребителей электроэнергии целесообразно проведение их классификации, т.е. объединение в группы по таким признакам, которые в дальнейшем будут определяющими при принятии схемных решений электрических сетей и мощности их элементов. Этими признаками являются: величина напряжения, род тока, мощность электроприемника, число фаз, режим работы, категория по надежности электроснабжения, характер преобразования электроэнергии.

По величине напряжения различают потребители и электро-приемники до 1000 и выше 1000 В. Величина напряжения 1000 В – весьма условная граница деления указанных объектов на группы. Она связана с формированием правил устройства электроустановок и правил обеспечения электробезопасности при их обслуживании в условиях постоянного стремления человека повысить напряжение на зажимах электроприемников для увеличения технико-экономической эффективности электрификации и электроснабжения.

По роду тока различают электроприемники переменного тока промышленной частоты (50 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты и постоянного тока. Промышленная частота – это частота, на которой производится электроэнергия в электроэнергетической системе как централизованном источнике. Необходимость изменения указанных параметров электроэнергии вызвана повышением эффективности электрификации технологических процессов вследствие применения новых технологий, необходимости более плавного изменения и получения большего диапазона регулирования скорости вращения производственных механизмов и т.д.

По величине мощности электроприемники целесообразно разделить на три группы: малой мощности – единицы киловатт, средней мощности – десятки киловатт, большой мощности – сотни киловатт. Подобная классификация в таком простейшем понимании несет в себе информацию о габаритах и массе электроприемника, о мощностях элементов электрической сети, к которой его необходимо будет подключать.

По числу фаз различают трех- и однофазные электроприемники. Электроприемники на напряжение выше 1000 В, а это электроприемники генераторного напряжения, всегда выполняются трехфазными, так как они являются электроприемниками большой мощности. Электроприемники на напряжение до 1000 В могут быть трехфазными или однофазными, рассчитанными на фазное или линейное напряжение.

Режимами работы электроприемников являются: длительный, кратковременный, повторно-кратковременный.

Длительный – это такой режим, когда электроприемник, включенный в работу, нагревается до установившейся температуры. Если загрузка электроприемника равна его паспортной величине, то, работая в этом режиме, он нагреется до его длительно допустимой температуры.

Кратковременный – это такой режим, когда электроприемник, включенный в работу, не нагревается до установившейся температуры, а при отключении охлаждается до температуры окружающей среды. Работая в этом режиме при паспортной загрузке, электроприемник не нагревается до длительно допустимой температуры.

Повторно-кратковременный – это такой режим, когда рабочие периоды tр чередуются с периодами пауз tп. При этом нагрев в рабочих периодах не превосходит установившейся температуры для длительного режима работы при данной загрузке электроприемника, а охлаждение в периодах пауз не достигает температуры окружающей среды. Данный режим является промежуточным между длительным и кратковременным. При увеличении tр он стремится к длительному режиму, а при увеличении tп – к кратковременному. При оценке расчетных нагрузок в задачах проектирования систем электроснабжения этот режим представляется числовой характеристикой – коэффициентом продолжительности включения (ПВ), который рассчитывается по формуле

.  (1.1)

На промышленных предприятиях в длительном режиме работают электроприводы основных технологических агрегатов и механизмов, вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д., всевозможные нагревательные установки, электрические печи и электрическое освещение. В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов, а также механизмов для открывания фрамуг, гидравлических затворов, всякого рода заслонок, задвижек и т.п. В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы мостовых кранов, тельферов, подъемников и аналогичных им установок, а также сварочные аппараты.

По надежности электроснабжения все электроприемники и потребители электроэнергии делятся на первую, вторую и третью категории.

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Здесь под независимостью источников питания подразумевается то, что нарушение работы одного из источников не приводит к нарушению работы другого.

Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для них при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады, но не более двух часов.

Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одних суток.

Курс электрических цепей