Системы электроснабжения

Алгебра
Задачи

Сопромат

Физика
Реактор

Обобщенная структура системы электроснабжения

Структуры систем электроснабжения имеют некоторое разнообразие, которое определяется характером потребителя и источника электроэнергии, а также степенью удаленности их друг от друга. Тем не менее возможно представить некую обобщенную структуру СЭС, показанную на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Обобщенная структура СЭС

Центром электрического питания (ЦЭП) может быть главная понизительная подстанция (ГПП), если электроэнергия от электроэнергетической системы передается на напряжении 35, 110, 220 кВ, или центральный распределительный пункт (ЦРП), если электроэнергия передается на напряжении 10 кВ. Главная понизительная подстанция выполняет две функции: преобразует электроэнергию на напряжение 10 кВ и распределяет электроэнергию в высоковольтную распределительную сеть. Центральный распределительный пункт выполняет только одну функцию – распределение электроэнергии.

Высоковольтная распределительная сеть (ВВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии от центра электрического питания к подстанциям 10/0,4 кВ и высоковольтным электроприемникам, если таковые имеются у потребителя.

Трансформаторные подстанции (ТП) 10/0,4 кВ преобразуют электроэнергию, полученную от высоковольтной распределительной сети, на напряжение 0,4 кВ и распределяют ее в низковольтную распределительную сеть. Низковольтная распределительная сеть (НВРС) выполняет функцию передачи и распределения электроэнергии среди наибольшего количества электроприемников у потребителя на напряжение 380/220 В.

Из электроэнергетической системы как централизованного источника питания система электроснабжения потребителя может получать электроэнергию по нескольким вариантам. Это может быть линия электропередачи 10, 35, 110 или 220 кВ, приходящая от трансформаторной подстанции районной энергосистемы, или отпайка от проходящей мимо потребителя воздушной линии электропередачи 110, 220 кВ, соединяющей между собой подстанции энергосистемы, или линия электропередачи, приходящая с распределительного устройства генераторного напряжения электрической станции. При этом в договоре между электроэнергетической системой как энергоснабжающей организацией и потребителем указывается точка электрической сети, разделяющая собственность, – граница раздела балансовой принадлежности сетей.

Иногда совокупность электротехнических устройств, относящихся к системе электроснабжения потребителя, называют системой внутреннего электроснабжения, а часть сети энергосистемы, обеспечивающую передачу электроэнергии к центру электрического питания системы электроснабжения от точки присоединения к электроэнергетической системе, – системой внешнего электроснабжения.

При высокой плотности нагрузки электрифицированного технологического процесса предприятия его электроснабжение может быть реализовано по принципу глубокого ввода, когда электроэнергия из энергосистемы на напряжении 35 кВ и выше доводится до подстанций глубокого ввода, задача которых состоит в исключении одной или нескольких ступеней трансформации, чем существенно сокращаются потери электроэнергии. Подстанции глубокого ввода могут исключить в системе электроснабжения центр электрического питания либо могут реализовываться совместно с ним.

В общем случае проектирование систем электроснабжения базируется на следующих принципах их построения.

1. Питание от электроэнергетических систем как централизованных источников энергии, что обеспечивает более высокую надежность электроснабжения, лучшее качество электроэнергии и меньшие затраты в сравнении с автономными системами электроснабжения.

2. Электроснабжение нескольких потребителей (различной ведомственной принадлежности и различных форм собственности), что приводит к формированию так называемых субабонентов и к появлению дополнительных границ раздела балансовой принадлежности электри-ческих сетей.

3. Взаимное резервирование элементов системы электроснабжения, что обеспечивает повышение надежности электроснабжения.

4. Автоматическая защита всех без исключения элементов СЭС, что обеспечивает необходимый уровень безопасности и надежности электроснабжения.

5. Применение закрытого и защищенного от случайного или несанкционированного доступа электрооборудования, которое обеспечивает повышение безопасности и надежности электроснабжения.

6. Повсеместное применение комплектного электрооборудования (КРУ, КСО, КТП, ШМА, ШРА и т.п.), что повышает безопасность, надежность и экономичность СЭС.

7. Централизация управления и его автоматизация, приводящие к более высокой эффективности функционирования системы электроснабжения.

При проектировании и эксплуатации СЭС как электроэнергетических объектов также необходимо учитывать и их особенности, заключающиеся в следующем.

1. В непосредственной близости от низковольтного электротехнического оборудования находится большое количество людей, не имеющих специального образования (не относящихся к электротехническому персоналу). Это многочисленные рабочие в цехах промышленных предприятий, жители городов и поселков и др. Эта особенность определяет главное требование к СЭС – обеспечение безопасности не только обслуживающего персонала, но и людей, которые подчас недостаточно полно осознают опасность близости элементов электрических сетей и электроустановок.

2. Основная часть электроэнергии потребляется на низком напряжении, поэтому наибольшее количество проводникового материала (медь, алюминий) сосредоточено в низковольтной распределительной сети и низковольтном электрооборудовании.

3. По характеру преобразования электроэнергии, принципам работы, потребляемой мощности, влиянию на работу электрической сети электроприемники отличаются большим разнообразием. Поэтому для обеспечения эффективной работы всей совокупности электроприемников и элементов СЭС, представляющих единое целое в процессе преобразования, передачи, распределения и потребления электроэнергии, специалистам в области систем электроснабжения необходимо также глубокое и всестороннее изучение этих электроприемников, включая их ненормальные и аварийные режимы.

4. Из-за специфических особенностей работы технологического оборудования среда внутри производственных помещений может быть весьма разнообразной (нормальной, пожаро- или взрывоопасной, опасной по условию коррозии). Поэтому часто возникают проблемы обеспечения совместимости электротехнического оборудования со средой, в которой они размещаются. Среда в производственном помещении не должна оказывать мешающего влияния на работу электротехнического оборудования (порчу изоляции, сокращение срока службы и т.д.), и, наоборот, работа электротехнического оборудования не должна вызывать вредные и опасные явления в окружающей среде (пожары, взрывы и др.).

5. Плотность нагрузок различных потребителей электроэнергии сильно различается, что приводит к большому разнообразию схемно-конструктивных решений и видов используемого электротехнического оборудования в СЭС.

Указанные особенности систем электроснабжения и принципы их построения придают конкретной СЭС те или иные характерные черты проектных решений и виды конструктивного исполнения. Например, в низковольтных распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий широко применяются шинопроводы, в электрических сетях сельскохозяйственных районов – воздушные линии электропередачи, в городских – кабельные и др. По этим причинам из всего имеющегося многообразия СЭС принято выделять три характерные разновидности: электроснабжение промышленных предприятий, электроснабжение городов и электроснабжение сельскохозяйственных районов.

Система электроснабжения определяется также технологией электрифицированного процесса потребителя, его планировкой и строительной частью, ростом технологических мощностей и расширением.

Исходя из вышеприведенных факторов система электроснабжения может быть выполнена в нескольких вариантах, из которых выбирается оптимальный по условиям технико-экономических критериев, учитывающих надежность электроснабжения, качество доводимой до электроприемников энергии, экономичность функционирования, удобство и безопасность эксплуатации, возможность применения прогрессивных методов электромонтажных работ.

Роль распределительных пунктов в распределительных сетях, древовидная структура СЭС

Причина появления распределительных пунктов в электрических сетях систем электроснабжения – необходимость в создании дополнительного уровня распределения электроэнергии, вызванная большим количеством узлов, до которых необходимо довести электроэнергию, а в высоковольтных распределительных сетях – еще и наличием высоковольтных электроприемников у потребителя. Распределительные пункты позволяют при прочих равных условиях уменьшить количество отходящих линий электропередачи с распределительных устройств, от которых начинаются электрические сети, – это распределительное устройство 10 кВ центра электрического питания, с которого начинается высоковольтная распределительная сеть, и распределительное устройство 0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ для низковольтной распределительной сети. Указанное схемное решение СЭС повышает надежность и экономичность ее функционирования.

С учетом распределительных пунктов в распределительных сетях системы электроснабжения ее вышерассмотренную структуру можно представить в виде дерево-схемы, которая наглядно представляет процесс потока электрической энергии к электроприемникам электрифицированного технологического процесса (рис. 1.8). Очевидно, что в общем случае уровнями распределения электрической энергии в системе электроснабжения являются: центр электрического питания; распределительные пункты 10 кВ в высоковольтной распределительной сети; трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ; распределительные пункты 0,38 кВ в низковольтной распределительной сети.

Рис. 1.8. Дерево-схема системы электроснабжения

Требования, предъявляемые к системам электроснабжения

Анализ перечисленных особенностей СЭС позволяет сформулировать следующие основные требования, предъявляемые к ним.

· Безопасность. Системы электроснабжения и все без исключения их элементы (включая электроприемники) должны быть построены и выполнены таким образом, чтобы они не создавали какой-либо опасности для жизни и здоровья людей (рабочих в цехах промпредприятий, жителей городов и сел, работников животноводческих ферм и др.).

· Экологичность. В различных режимах (нормальных, аварийных) и при проведении различных работ (строительных, монтажных, ремонтно-восстановительных) СЭС и их оборудование не должны вызывать загрязнение окружающей среды.

· Надежность. Наиболее высоки требования к надежности СЭС в промышленности. На некоторых предприятиях имеются такие электроприемники, внезапный перерыв электропитания которых может приводить к возникновению опасности для жизни и здоровья людей, (например, к взрывам, пожарам и пр.). Здесь требования к надежности максимальны. На большинстве предприятий требования к надежности ниже. Но в любом случае необходимый уровень надежности СЭС определяется требуемым уровнем надежности электропитания электроприемников. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники подразделяются на три категории. Для каждой категории свои требования к надежности.

· Экономичность. Для заданного уровня безопасности, надежности и экологичности система электроснабжения должна иметь минимальные затраты на сооружение, монтаж и эксплуатацию.

· Обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС). Все элементы системы электроснабжения и электроприемники электри-фицированного технологического процесса не должны оказывать друг на друга мешающих воздействий, которые могли бы привести к нару-шению их функционирования или к значительному ухудшению их тех-нико-экономических показателей. Например, качество напряжения на зажимах электроприемников в значительной степени определяет эффективность процесса преобразования энергии в электроприемниках, т.е. эффективность работы технологических агрегатов в целом.

· Возможность развития во времени. Например, в цехах промышленных предприятий в связи с реконструкцией технологического процесса возможна перестановка технологического оборудования, что не должно вызывать серьезных перестроек СЭС.

· Удобство эксплуатации и управления. Все необходимые свойства СЭС (безопасность, надежность, экономичность и др.) поддерживаются в процессе эксплуатации за счет управления в широком смысле: ремонта, обслуживания, модернизации и др. Системы электроснабжения должны быть приспособлены для проведения таких работ.

· Эстетичность. При проектировании и построении систем электроснабжения необходимо учитывать «вписываемость» элементов СЭС в архитектурный облик зданий и сооружений, во внутренний интерьер производственных и других помещений.

Курс электрических цепей