Прием и распределение электроэнергии

Передача и распределение электрической энергии

Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

В настоящее время в составе 6 объединенных энергосистем работает параллельно 74 районных систем.

Электроэнергетической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, аккумуляторной батареи устройств управления и вспомогательных сооружений.

Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Линией электропередачи (ЛЭП) любого напряжения (воздушной или кабельной) называется электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на одном и том же напряжении без трансформации.

Рис. 1. Передача и распределение электрической энергии

По ряду признаков электрические сети подразделяются на большое количество разновидностей, для которых применяются различные методы расчета, монтажа и эксплуатации.

Электрические сети делятся:

1. По напряжению:

2. По уровню номинального напряжения:

а) сети низкого (напряжения (до 1 кВ);

б) сети среднего напряжения (выше 1 кВ и до 35 кВ включительно);

в) сети высокого напряжения (110 . 220 кВ);

г) сети сверхвысокого напряжения (330 . 750 кВ);

д) сети ультравысокого напряжения (выше 1000 кВ)

3. По степени подвижности:

а) передвижные (допускают многократное изменение трассы, свертывание и развертывание) – сети до 1 кВ;

б) стационарные сети (имеют неизменяемую трассу и конструкцию):

временные – для питания объектов, работающих непродолжительно (несколько лет);

постоянные – большинство электрических сетей, работающих в течение десятилетий.

4. По назначению:

а) сети до 1 кВ: осветительные; силовые; смешанные; специальные (сети управления и сигнализации).

б) сети выше 1 кВ: местные, обслуживающие небольшие районы, радиусом действия 15. 30 км, напряжением до 35 кВ включительно; районные, охватывающие большие районы и связывающие электростанции электрической системы между собой и с центрами нагрузок, напряжением 110 кВ и выше.

5. По роду тока и числу проводов:

а) линии постоянного тока: однопроводные, двухпроводные, трехпроводные (+, -, 0);

б) линии переменного тока: однофазные (одно- и двухпроводные), трехфазные (трех- и четырехпроводные), неполнофазные (две фазы и нуль).

6. По режиму работы нейтрали: с эффективно заземленной нейтралью (сети выше 1 кВ), с глухозаземленной нейтралью (сети до и выше 1 кВ), с изолированной нейтралью (сети до и выше 1 кВ).

7. По схеме электрических соединений:

а) разомкнутые (нерезервированные):

Рис. 2 . Схемы разомкнутых сетей : а) радиальные (нагрузка только на конце линии); б) магистральные (нагрузка присоединена к линии в разных местах). б) замкнутые (резервированные).

Рис. 3 . Схемы замкнутых сетей : а) сеть с двухсторонним питанием; б) кольцевая сеть; в) двойная магистральная линия; г) сложнозамкнутая сеть (для питания ответственных потребителей по двум и более направлениям).

8. По конструкции: электропроводки (силовые и осветительные ), токопроводы – для передачи электроэнергии в больших количествах на небольшие расстояния, воздушные линии – для передачи электроэнергии на большие расстояния, кабельные линии – для передачи электроэнергии на далекие расстояния в случаях, когда сооружение ВЛ невозможно.

К электрическим сетям предъявляются следующие требования : надежность, живучесть и экономичность.

Надежность – основное техническое требование, под которым понимается свойство сети выполнять свое назначение в пределах заданного времени и условий работы, обеспечивая электроприемники электроэнергией в необходимом количестве и надлежащего качества.

Необходимое количество электроэнергии определяется мощностью и режимом работы электроприемников. Качество электроэнергии зависит от параметров сети и определяется ГОСТ 13109-97, в которых приведены допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников: электродвигатели -5% . +10%; лампы рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий, прожекторы наружногоюсвещения -2,5%. +5%; лампы освещения жилых зданий, аварийного и наружного освещения, прочие электроприемники ±5%.

Надежность обеспечивается:

1. применением схемы сети, учитывающей ответственность электроприемников;

2. выбором соответствующих марок проводов и кабелей;

3. тщательным расчетом сечений проводов и кабелей по нагреву, допустимой потере напряжения и механической прочности и расчетом устройств регулирования напряжения;

4. соблюдением технологии электромонтажных работ;

5. своевременным и качественным выполнением правил технической эксплуатации.

Живучесть электрической сети – это свойство выполнять свое назначение в условиях разрушающих воздействий в том числе и в боевой обстановке при воздействиях средств поражения противника.

1. использованием конструкций, которые наименее подвержены разрушению при воздействии поражающих факторов оружия противника;

2. специальной защитой сети от поражающих факторов;

3. четкой организацией ремонтно-восстановительных работ. Живучесть – основное тактическое требование.

Экономичность — это минимум затрат на сооружение и эксплуатацию сети при условии выполнения требований надежности и живучести.

1. применением типовых серийно выпускаемых и стандартных конструкций;

2. унификацией материалов и оборудования;

3. применением недефицитньгх и недорогих материалов;

4. возможностью дальнейшего развития, расширения и усовершенствования в процессе эксплуатации.

Производство, передача и распределение электрической энергии

Разделы: Технология

Все технологические процессы любого производства связаны с потреблением энергии. На их выполнение расходуется подавляющая часть энергетических ресурсов.

Важнейшую роль на промышленном предприятии играет электрическая энергия – самый универсальный вид энергии, являющейся основным источником получения механической энергии.

Преобразование энергии различных видов в электрическую происходит на электростанциях.

Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства – уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения – ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и др.

Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединённую с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.

При экономичной работе ТЭС, т.е. при одновременном отпуске потребителем оптимальных количеств электроэнергии и теплоты, их КПД достигает более 70 %. В период, когда полностью прекращается потребление теплоты (например, в неотопительный сезон), КПД станции снижается.

Атомные электростанции (АЭС) отличаются от обычной паротурбинной станции тем, что на АЭС в качестве источника энергии используется процесс деления ядер урана, плутония, тория и др. В результате расщепления этих материалов в специальных устройствах – реакторах, выделяется огромное количество тепловой энергии.

По сравнению с ТЭС атомные электростанции расходуют незначительное количество горючего. Такие станции можно сооружать в любом месте, т.к. они не связаны с местом расположения естественных запасов топлива. Кроме того, окружающая среда не загрязняется дымом, золой, пылью и сернистым газом.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) водная энергия преобразуется в электрическую при помощи гидравлических турбин и соединённых с ними генераторов.

Различают ГЭС плотинного и деривационного типов. Плотинные ГЭС применяют на равнинных реках с небольшими напорами, деривационные (с обходными каналами) – на горных реках с большими уклонами и при небольшом расходе воды. Следует отметить, что работа ГЭС зависит от уровня воды, определяемого природными условиями.

Достоинствами ГЭС являются их высокий КПД и низкая себестоимость выработанной электроэнергии. Однако следует учитывать большую стоимость капитальных затрат при сооружении ГЭС и значительные сроки их сооружения, что определяет большой срок их окупаемости.

Особенностью работы электростанций является то, что они должны вырабатывать столько энергии, сколько её требуется в данный момент для покрытия нагрузки потребителей, собственных нужд станций и потерь в сетях. Поэтому оборудование станций должно быть всегда готово к периодическому изменению нагрузки потребителей в течении дня или года.

Большинство электростанций объединены в энергетические системы, к каждой из которых предъявляются следующие требования:

  • Соответствие мощности генераторов и трансформаторов максимальной мощности потребителей электроэнергии.
  • Достаточная пропускная способность линий электропередач (ЛЭП).
  • Обеспечение бесперебойного электроснабжения при высоком качестве энергии.
  • Экономичность, безопасность и удобство в эксплуатации.

Для обеспечения указанных требований энергосистемы оборудуют специальными диспетчерскими пунктами, оснащёнными средствами контроля, управления, связи и специальными схемами расположения электростанций, линий передач и понижающих подстанций. Диспетчерский пункт получает необходимые данные и сведения о состояниях технологического процесса на электростанциях (расходе воды и топлива, параметрах пара, скорости вращения турбин и т.д.); о работе системы – какие элементы системы (линии, трансформаторы, генераторы, нагрузки, котлы, паропроводы) в данный момент отключены, какие находятся в работе, в резерве и т.д.; об электрических параметрах режима (напряжениях, токах, активных и реактивных мощностях, частоте и т.д.).

Работа электростанций в системе даёт возможность за счёт большого количества параллельно работающих генераторов повысить надёжность электроснабжения потребителей, полностью загрузить наиболее экономические агрегаты электростанций, снизить стоимость выработки электроэнергии. Кроме того, в энергосистеме снижается установленная мощность резервного оборудования; обеспечивается более высокое качество электроэнергии, отпускаемой потребителям; увеличивается единичная мощность агрегатов, которые могут быть установлены в системе.

В России, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трёхфазный переменный ток частотой 50Гц (в США и ряде других стран 60Гц). Сети и установки трёхфазного тока более экономичны по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надёжные, простые и дешевые асинхронные электродвигатели.

Наряду с трёхфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии , электрифицированный транспорт и др.).

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей – промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т.д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, т.к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повышение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение – при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей.

Промежуточным звеном для передачи электроэнергии от трансформаторных подстанций к приёмникам электроэнергии являются электрические сети.

Трансформаторная подстанция – это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.

Подстанции могут быть закрытыми или открытыми в зависимости от расположения её основного оборудования. Если оборудование находится в здании, то подстанция считается закрытой; если на открытом воздухе, то – открытой.

Оборудование подстанций может быть смонтировано из отдельных элементов устройств или из блоков, поставляемых в собранном для установки виде. Подстанции блочной конструкции называются комплектными.

В оборудование подстанций входят аппараты, осуществляющие коммутацию и защиту электрических цепей.

Основной элемент подстанций – силовой трансформатор. Конструктивно силовые трансформаторы выполняются так, чтобы максимально отвести тепло, выделяемое ими при работе от обмоток и сердечника в окружающую среду. Для этого, например, сердечник с обмотками погружают в бак с маслом, делают поверхность бака ребристой, с трубчатыми радиаторами.

Комплектные трансформаторные подстанции, устанавливаемые непосредственно в производственных помещениях мощностью до 1000 кВА, могут оснащаться сухими трансформаторами.

Для увеличения коэффициента мощности электроустановки на подстанциях устанавливают статические конденсаторы, компенсирующие реактивную мощность нагрузки.

Автоматическая система контроля и управления аппаратами подстанции следит за процессами, происходящими в нагрузке, в сетях электроснабжения. Она выполняет функции защиты трансформатора и сетей, отключает при посредстве выключателя защищаемые участки при аварийных режимах, осуществляет повторное включение, автоматическое включение резерва.

Трансформаторные подстанции промышленных предприятий подключаются к питающей сети различными способами в зависимости от требований надёжности бесперебойного электроснабжения потребителей.

Типовыми схемами, осуществляющими бесперебойное электроснабжение, являются радиальная, магистральная или кольцевая.

В радиальных схемах от распределительного щита трансформаторной подстанции отходят линии, питающие крупные электроприёмники: двигатели, групповые распределительные пункты, к которым присоединены более мелкие приёмники. Радиальные схемы применяются в компрессорных, насосных станциях, цехах взрыво- и пожароопасных, пыльных производств. Они обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, позволяют широко использовать автоматическую аппаратуру управления и защиты, но требуют больших затрат на сооружение распределительных щитов, прокладку кабеля и проводов.

Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха, когда не требуется сооружать распределительный щит на подстанции, что удешевляет объект; можно использовать сборные шинопроводы, что ускоряет монтаж. При этом перемещение технологического оборудования не требует переделки сети.

Недостатком магистральной схемы является низкая надёжность электроснабжения, так как при повреждении магистрали отключаются все электроприёмники, присоединённые к ней. Однако установка перемычек между магистралями и применение защиты существенно повышает надёжность электроснабжения при минимальных затратах на резервирование.

От подстанций ток пониженного напряжения промышленной частоты распределяется по цехам с помощью кабелей, проводов, шинопроводов от цехового распределительного устройства до устройств электроприводов отдельных машин.

Перерывы в электроснабжении предприятий, даже кратковременные, приводят к нарушениям технологического процесса, порче продукции, повреждению оборудования и невосполнимым убыткам. В некоторых случаях перерыв в электроснабжении может создать взрыво- и пожароопасную обстановку на предприятиях.

Правилами устройства электроустановок все приёмники электрической энергии по надёжности электроснабжения подразделяются на три категории:

  • Приёмники энергии, для которых недопустим перерыв в электроснабжении, поскольку он может привести к повреждению оборудования, массовому браку продукции, нарушению сложного технологического процесса, нарушению работы особо важных элементов городского хозяйства и в конечном счёте – угрожать жизни людей.
  • Приёмники энергии, перерыв в электроснабжении которых приводит к невыполнению плана выпуска продукции, простою рабочих, механизмов и промышленного транспорта.
  • Остальные приёмники электрической энергии, например цехи несерийного и вспомогательного производства, склады.

Электроснабжение приёмников электрической энергии первой категории в любых случаях должно быть обеспечено и при нарушении его автоматически восстановлено. Поэтому такие приёмники должны иметь два независимых источника питания, каждый из которых может полностью обеспечить их электроэнергией.

Читайте также:  Разметка электропроводки

Приёмники электроэнергии второй категории могут иметь резервный источник электроснабжения, подключение которого производится дежурным персоналом через некоторый промежуток времени после отказа основного источника.

Для приёмников третьей категории резервный источник питания, как правило, не предусматривается.

Электроснабжение предприятий подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее электроснабжение – это система сетей и подстанций от источника электропитания (энергосистемы или электростанции) до трансформаторной подстанции предприятия. Передача энергии в этом случае осуществляется по кабельным или воздушным линиям номинальным напряжением 6, 10, 20, 35, 110 и 220 кВ. К внутреннему электроснабжению относится система распределения энергии внутри цехов предприятия и на его территории.

К силовой нагрузке (электродвигатели, электропечи) подводится напряжение 380 или 660 В, к осветительной – 220 В. Двигатели мощностью 200 кВт и более в целях снижения потерь целесообразно подключать на напряжение 6 или 10 кВ.

Наиболее распространённым на промышленных предприятиях является напряжение 380 В. Широко внедряется напряжение 660 В, что позволяет снизить потери энергии и расход цветных металлов в сетях низшего напряжения, увеличить радиус действия цеховых подстанций и мощность каждого трансформатора до 2500 кВА. В ряде случаев при напряжении 660 В экономически оправданным является применение асинхронных двигателей мощностью до 630 кВт.

Распределение электроэнергии производится с помощью электропроводок – совокупности проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями.

Внутренняя проводка – это электропроводка, проложенная внутри здания; наружная – вне его, по наружным стенам здания, под навесами, на опорах. В зависимости от способа прокладки, внутренняя проводка может быть открытой, если она проложена по поверхности стен, потолков и т.д., и скрытой, если она проложена в конструктивных элементах зданий.

Проводка может быть проложена изолированным проводом или небронированным кабелем сечением до 16 кв.мм. В местах возможного механического воздействия электропроводку заключают в стальные трубы, герметизируют, если среда помещения взрывоопасная, агрессивная. На станках, полиграфических машинах проводка выполняется в трубах, в металлических рукавах проводом с полихлорвиниловой изоляцией, не разрушающейся от воздействия на неё машинными маслами. Большое количество проводов системы управления электропроводом машины укладывается в лотках. Для передачи электроэнергии в цехах с большим количеством производственных машин применяются шинопроводы.

Для передачи и распределения электроэнергии широко применяются силовые кабели в резиновой, свинцовой оболочке; небронированные и бронированные. Кабели могут укладываться в кабельные каналы, укрепляться на стенах, в земляных траншеях, заделываться в стены.

Распределение электроэнергии

Дополнительно по теме

Особенностью процесса производства, передачи и потребления электроэнергии является его непрерывность. Процесс производства электроэнергии совпадает по времени с процессом ее потребления, поэтому электростанции, электрические сети и электроприемники потребителей связаны общностью режима. Общность режима вызывает необходимость организации энергетических систем.

Энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Частью энергетической системы является электрическая система, представляющая собой совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Электроприемник – аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электроэнергии – один или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

Электроустановки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия, делятся в зависимости от рабочего напряжения на электроустановки напряжением до 1000 и выше 1000 В.

Распределительным устройством (РУ) является электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая сборные и соединительные шины, коммутационные аппараты, устройства защиты, автоматики и телемеханики, измерительные приборы и вспомогательные устройства. Распределительные устройства подразделяются на открытые (расположенные на открытом воздухе) и закрытые (в здании). В городских условиях в большинстве случаев применяют закрытые РУ.

Подстанция – это электроустановка, служащая для преобразования и распределения электрической энергии и состоящая из РУ до и выше 1000 В, силовых трансформаторов или других преобразователей электроэнергии и вспомогательных сооружений.

Структурная схема электроснабжения города показана на рис. 1. Генераторы ГРЭС вырабатывают электроэнергию напряжением 6, 10 или 20 кВ. При таком напряжении передавать электроэнергию на большое расстояние (более 4 – 6 км) неэкономично. Поэтому в целях уменьшения потерь мощности в линиях передачу электроэнергии на большие расстояния производят при повышенном напряжении, для чего на электростанциях имеются повышающие силовые трансформаторы, которые повышают напряжение до расчетного (35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ). На электрических понижающих подстанциях, расположенных в черте города, напряжение понижается до 6-10 кВ. Понижающая подстанция обычно состоит из открытой части напряжением 110 – 220 кВ и закрытой части, в которой имеется распределительное устройство напряжением 6-10 кВ.

Рис. 1. Структурная схема электроснабжения города

ЭС – государственная районная электростанция (ГРЭС), Т1 – повышающий трансформатор при ГРЭС, Т2 – понижающий трансформатор центра питания, ТЗ – понижающий трансформатор в ТП, ВЛ – воздушная линия напряжением 35 – 750 кВ, РУ – распределительное устройство 6-10 кВ понижающей подстанции (центра питания), ПКЛ – питающая кабельная линия, РП – распределительный пункт, РКЛ – распределительная кабельная линия, КЛ – кабельная линия напряжением 0,4 кВ, ВРУ – вводно-распределительное устройство в жилом доме, ГПП – главная понижающая подстанция завода, ЩУ – щитовое устройство напряжением 0,4 кВ в цехе завода

Центр питания (ЦП) представляет собой распределительное устройство генераторного напряжения электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы, имеющей устройство для регулирования напряжения, к которому присоединены электрические сети данного района.

Как видно из рис. 1, кабельная линия от ЦП проложена в распределительный пункт РП. Эта линия, не имеющая распределения электроэнергии по ее длине от ЦП до РП, называется питающей кабельной линией.

Распределительный пункт – это распредели-тельное устройство 6 – 20 кВ, предназначенное для приема по питающим линиям электроэнергии от ЦП и передачи ее в распределительную сеть. В распределительный пункт входят сборные и соединительные шины, коммутационные аппараты, устройства защиты, автоматики и телемеханики, а также измерительные приборы. Распределительный пункт может быть совмещен с трансформаторной подстанцией, обслуживающей расположенных вблизи потребителей. Из распределительного пункта по разным направлениям отходят кабельные линии РКЛ, питающие ряд трансформаторных подстанций ТП и называемые распределительными.

Трансформаторная подстанция, представляющая собой электроустановку, в которой электроэнергия трансформируется с напряжения 6 – 20 кВ на напряжение до 1000 В и распределяется на этом напряжении, состоит из силовых трансформаторов, распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) состоит из трансформаторов, распределительного (или вводного) устройства 6 – 10 кВ, распределительного устройства 0,4 кВ, токопроводов между ними, поставляемых в собранном или подготовленном для сбора виде. Открытая трансформаторная подстанция, все оборудование которой установлено на высоких конструкциях или опорах линий электропередачи, называется столбовой или мачтовой (МТП).

От трансформаторных подстанций непосредственно к потребителям отходят воздушные линии или распределительные кабели КЛ напряжением до 1000 В, проложенные к вводно-распределительным устройствам (вводам) ВРУ или распределительным щитам, находящимся в зданиях потребителей. От вводов или распределительных щитов в домах проложены магистрали (стояки), от которых, в свою очередь, отходят линии распределительной сети по квартирам.

Питающие кабельные линии могут быть проложены от ЦП не только в РП, где нет трансформаторов, но и в главные понижающие подстанции заводов ГПП, где электроэнергия распределяется по распределительным кабельным линиям и преобразуется с помощью силовых трансформаторов в электроэнергию напряжением до 1000 В. В этом случае на ГПП устанавливают силовые трансформаторы и распределительный щит напряжением до 1000 В, от которого электроэнергия шино-проводами или проводами, проложенными на эстакадах или лотках, либо по кабельным линиям передается непосредственно в цехи и далее к электроприемникам.

Городская электрическая сеть включает расположенные на территории данного города электроустановки, служащие для электроснабжения токоприемников и представляющие собой совокупность питающих линий от ЦП, РП и ТП, распределительных линий напряжением 6-10 кВ и до 1000В, вводных устройств у потребителей.

Категории электроприемников по степени надежности электроснабжения

Схемы построения питающих и распределительных сетей различны по степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемников. В соответствии с Правилами устройства электроустановок электроприемники по степени надежности электроснабжения делятся на три категории.

Первая категория – это электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. К ним относятся сооружения с массовым скоплением людей (театры, стадионы, универмаги, универсамы), электрифицированный транспорт (метрополитен, железные дороги, троллейбусы, трамваи), больницы, предприятия связи, жилые здания высотой более 16 этажей, в которых имеются электродвигатели пожарных насосов, аварийное освещение и системы обеспечения незадымляемости, группы городских потребителей с суммарной нагрузкой выше 10000 кВ-А, некоторые силовые установки (вращающиеся печи с дутьем).

Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерыв их электроснабжения допускается только на время автоматического ввода резервного питания. Независимым считается такой источник питания электроприемников, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках питания этих электроприемников.

Из электроприемников первой категории выделяется особая группа, бесперебойная работа которой необходима для безаварийного останова производства во избежание угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Для электроснабжения этой группы электроприемников должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника питания.

Вторая категория – это 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. К ним относятся жилые дома с электроплитами, жилые дома высотой более 4 этажей с газовыми плитами, школы и учебные заведения, лечебные и детские учреждения, силовые установки, допускающие перерывы в электроснабжении без повреждения основного оборудования, группы городских потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10000 кВА.

Электроприемники второй категории рекомендуется

обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания; для них допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом предприятия или выездной оперативной бригадой электроснабжающей организации.

Третья категория – все остальные электроприемники, электроснабжение которых может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжении на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превысят одних суток.

Принципиальные схемы электроснабжения города

Наиболее дешевой и простой схемой электроснабжения электроприемников третьей категории является радиальная тупиковая (рис. 2), однако она ненадежна, так как при повреждении любого элемента системы электроснабжения (линии, оборудования) электроприемники будут оставаться без электроэнергии при ремонте или замене этого элемента. Эту схему электроснабжения городских электроприемников применять не рекомендуется. Для электроприемников второй и третьей категории может быть использована кольцевая схема электроснабжения. показанная на рис. 3. При повреждении люоои из распределительных линий электроснабжение электроприемников восстанавливают ручным отключением поврежденной линии и включением резервной. В кольцевой схеме электроснабжения имеются места деления (разрывы) сети, в которых постоянно отключены разъединители или выключатели. Их включают при необходимости тго-дачи электроэнергии от резервной линии в случае повреждения основной линии или отключения ее для производства на ней работ. Перерыв в электроснабжении при этой схеме допускается на время, необходимое для отключения поврежденного участка и производства переключений (примерно 2 ч).

Более надежными являются схемы электроснабжения электроприемников, в которых предусматривается параллельная работа питающих линий или автоматическое включение резервного питания (АВР). На рис. 4, а, б показаны схемы электроснабжения распределительных пунктов с двумя параллельно работающими питающими линиями и направленной максимальной токовой защитой. Поврежденная линия отключается с двух сторон выключателями, а питание электроприемников продолжатся бесперебойно по другой питающей линии. Такую схему применяют для электроснабжения электро приемников второй категории, так как при выходе из строя питающего центра электроснабжение будет нарушено.

Для потребителей первой категории используют схемы, в которых электроприемники получают электроэнергию от двух различных центров питания. На рис. 5, а, б показаны схемы электроснабжения электроприемников от двух центров питания с одним или двумя РП и с применением АВР. При повреждении одной из питающих линий она от действия защиты и автоматики отключается с двух сторон выключателями, после чего включается выключатель резерва и восстанавливается питание электроприемников.

Схемы, показанные на рис. 4 и 5, применяют для электроснабжения электроприемников второй категории, если капитальные затраты для их осуществления не увеличиваются более чем на 5 % по сравнению с затратами для осуществления схем ручного ввода резерва. Нагрузка каждой питающей линии в этих схемах должна быть в таких пределах, чтобы при выходе из строя одной из них другая линия могла принять на себя с учетом кратковременной перегрузки нагрузку поврежденной. Эти нагрузки определяются расчетом и составляют примерно 65 % длительно допустимых.

При построении схем распределительных сетей для электроснабжения электроприемников первой и второй категорий применяют схемы трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6-10 кВ и двухлучевые схемы с АВР на стороне напряжения до 1000 В.

Схемы электроснабжения трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6 – 10 кВ показаны на рис. 6, а, б. Если повреждается линия, отходящая от РП2, то от действия защиты и автоматики она отключается с двух сторон выключателями, после чего автоматически включается выключатель АВР. Такую схему чаще всего используют для электроснабжения промышленных предприятий.

Двухлучевая схема (рис. 7) предусматривает питание одной ТП двумя линиями. Каждая из них питает свой трансформатор (лучи А и Б), на котором со стороны напряжения до 1000 В установлены контакторы, автоматически переключающие нагрузку с одного трансформатора на другой при исчезновении напряжения на каком-либо из них.

Pис. 2. Тупиковая схема электроснабжения

Рис. 3. Кольцевая схема электроснабжения. Стрелкой обозначено место деления (разрыва) сети

Читайте также:  Повесить люстру на натяжной потолок

Рис. 4. Схема питающей сети с направленной максимальной токовой защитой: а – одного РП, 6 – двух РП с линией связи между распределительными пунктами. Стрелками обозначено наличие направленной защиты

Рис. 5. Схемы питающей сети с автоматическим включением резервного питания: а – с секционным АВР, б – с АВР на линии связи

Рис. 6. Схемы электроснабжения трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6-10 кВ: а – на выключателе линии, б – на секционном выключателе

Рис. 7. Двухлучевая схема распределительной сети

Рис. 8. Схема автоматизированной распределительной сети

Двухлучевая схема широко применяется для электроснабжения жилых кварталов сплошной застройки крупных городах и используется также в сочетании со схемой АВР в автоматизированной распределительной сети (рис. 8).

Схемы сетей напряжением до 1000 В выполняют тупиковыми, петлевыми (кольцевыми) или замкнутыми. Наиболее распространены петлевые схемы. В этом случае к вводному устройству подходят две линии, каждая из которых обеспечивает снабжение электроэнергией электроприемников при повреждении одной из них.

Для электроприемников первой категории выполняют автоматику АВР на вводно-распределительных устройствах или в распределительных сетях, отходящих от вводно-распределительных устройств, и в этом случае электроснабжение осуществляется несколькими (не менее двух) линиями напряжением до 1 кВ от различных трансформаторов.

В замкнутых кабельных сетях все кабельные линии напряжением до 1000 В включены параллельно (замкнуты), а в трансформаторных подстанциях на силовых трансформаторах со стороны напряжения до 1000 В установлены автоматы обратной мощности, отключающие трансформаторы от сети при повреждении распределительных кабелей напряжением выше 1000 В, или специальные предохранители, обеспечивающие селективное отключение поврежденного участка. Замкнутые сети напряжением до 1000 В предусматривают питание от нескольких трансформаторных подстанций, получающих электроэнергию от различных источников электроснабжения, и наличие разветвленной кабельной сети с кабелями достаточного сечения.

Эти сети обеспечивают надежное электроснабжение потребителей, поскольку при отключении участка сети 6-10 кВ напряжение у потребителей сохраняется, но из-за сложности защиты от коротких замыканий в нашей стране применяются редко.

В настоящее время автоматизированные схемы электроснабжения широко используют в городских электросетях, что приводит их к полной автоматизации. В этом случае любое повреждение в сети 6-10 кВ и самих трансформаторов не приводит к прекращению электроснабжения потребителей и может оставаться длительное время незамеченным для персонала электросети. Поэтому в городских электросетях применяют устройства телемеханики, подающие сигнал на соответствующий диспетчерский пункт об изменении положения в РП указателей сигнализации замыканий на землю, положения выключателей и позволяющие производить измерения нагрузки и напряжения контролируемых объектов, а также телеуправление выключателями. Такие устройства устанавливают в ЦП, РП и ТП. При использовании установки телемеханики улучшаются технико-экономические показатели электросети, поскольку можно отказаться от постоянного дежурного персонала на телемеханизированных объектах, сократить время ликвидации повреждений и т. п.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Устройства приема и распределения электроэнергии

Дизельная электро станция

Вырабатываемая станциями электронная энергия, поступает к месту употребления через систему взаимосвязанных передающих, распределяющих и модифицирующих электроустановок. Передача электроэнергии осуществляется по воздушным линиям электропередачи с напряжением от нескольких сот до сотен тыщ вольт. Электронная энергия по системным воздушным сетям передается с напряжением 35, 110, 150, 220 кВ и выше по шкале номинальных напряжений. Установки, служащие для приема и рассредотачивания электроэнергии, именуются распределительными устройствами (РУ). Они содержат коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и другие), также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. К РУ относятся центры питания (ЦП), распределительные пункты (РП), распределительные полосы (РЛ).

Центром питания именуются РУ генераторного напряжения электростанции либо РУ вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы с системой регулирования, к которым присоединяются распределительные сети определенного района.

Распределительным пт именуется подстанция промышленного предприятия либо городской электронной сети, созданная для приема и рассредотачивания электроэнергии с одним напряжением без ее преобразования.

Распределительной именуется линия, питающая ряд трансформаторных подстанций от ЦП либо РП также большие электроустановки.

Распределительные устройства могут быть открытые (ОРУ — все либо основное оборудование размещено на открытом воздухе) и закрытые (ОРУ — оборудование размещено в здании). Особо нужно выделить более всераспространенные комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из стопроцентно либо отчасти закрытых шифанеров или блоков со встроенными в их аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемые в собранном либо стопроцентно приготовленном для сборки виде и выпускаемые как для внутренней, так и для внешней установки.

Блочная комплектная трансформаторная подстанция

Подстанцией именуют электроустановку, служащую для преобразования и рассредотачивания электроэнергии и состоящую из трансформаторов либо других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Подстанция, на которой напряжение переменного тока преобразуется при помощи трансформатора, именуется трансформаторной (ТП). Если напряжение переменного тока на ТП преобразуется в более низкое, ее именуют понижающей, а если в более высочайшее — повышающей.

На трансформаторных подстанциях устанавливают трансформаторы, служащие для конфигурации напряжения. Сразу с трансформацией напряжения обычно меняется и число линий. К примеру, подходят к ТП одна либо две полосы высочайшего напряжения, а отходят от нее несколько линий низкого напряжения.

Различают два типа трансформаторных подстанций: открытые, в каких основное оборудование размещается на открытых площадках, и закрытые, оборудование которых располагается в помещениях.

Если на подстанции трансформация напряжения не делается, а меняется только число линий, то она именуется распределительной.

Преобразовательные подстанции служат для выпрямления переменного тока либо преобразования неизменного тока в переменный. На всех подстанциях устанавливают аппараты для переключения электронных сетей и разные контрольно-измерительные приборы.

Комплектная трансформаторная подстанция внешней установки

Электронные сети разделяются по напряжению на сети низкого — до 1 кВ и высочайшего — более 1кВ напряжения.

Большая часть промышленных компаний получают электроэнергию от подстанций. На подстанциях устанавливается два и поболее трансформаторов, через которые энергия от энергосистемы по линиям высочайшего напряжения (35, 110 либо 220 кВ) передается на секционированные рабочие (либо запасные) шины с напряжением 6…10кВ.

Подстанция, питающаяся конкретно от энергетической системы (или заводской электростанции), именуется главной понижающей подстанцией (ГПП) предприятия, а подстанция, на которой напряжение снижается конкретно для питания электроприемников 1-го либо нескольких цехов, — цеховой трансформаторной подстанцией (ТП).

Трансформаторные и преобразовательные подстанции, как и распределительные устройства, поставляются комплектными (КТП, КПП) в собранном либо стопроцентно приготовленном для сборки виде.

Измерение тока и напряжения на шинах распределительных устройств и в электронных цепях делается при помощи трансформаторов тока либо трансформаторов напряжения, служащих для снижения тока либо напряжения первичных цепей электроустановок переменного тока, также для питания катушек измерительных устройств, устройств релейной защиты и автоматики, присоединяемых к их вторичным обмоткам.

Применение измерительных трансформаторов позволяет:

определять любые напряжения и токи обыкновенными измерительными устройствами со стандартными обмотками, рассчитанными на напряжение 100 В и ток 5 А;

отделять измерительные приборы и реле от напряжений выше 380 В, обеспечивая безопасность их обслуживания.

Первичная обмотка измерительного трансформатора находится под воздействием измеряемой величины, а вторичная — замкнута на измерительные приборы и приборы защиты.

Открытое распределительное устройство

Прикосновение к измерительным устройствам, конкретно включенным в цепь высочайшего напряжения, небезопасно для человека, потому в данном случае измерительные приборы и аппаратура автоматической защиты (реле) врубаются во вторичную цепь измерительных трансформаторов, связанную с цепью высочайшего напряжения только через магнитный поток в сердечнике. Не считая того, измерительные трансформаторы служат для расширения пределов измерения устройств переменного тока, подобно дополнительным резисторам и шунтам. Применение измерительных трансформаторов с разными коэффициентами трансформации позволяет использовать приборы со стандартными пределами измерений (100 В и 5 А) при определении самых разных напряжений и токов.

Различают два вида измерительных трансформаторов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы напряжения питают обмотки напряжения измерительных устройств и реле (вольтметров, частотомеров, счетчиков, ваттметров, реле напряжения, мощности и др.) в установках с напряжением 380 В и выше.

Трансформаторы тока питают токовые обмотки измерительных устройств и реле (амперметров, счетчиков, ваттметров, реле тока, мощности и др.).

Источниками электроснабжения большинства промышленных компаний являются энерго системы, но некие предприятия получают энергию от собственных промышленных электрических станций. Выработка и рассредотачивание энергии в границах предприятия от собственных электрических станций делается в главном в генераторном режиме с напряжением 6 и 10 кВ.

Распределительные устройства неизменного тока серии КВ на напряжение 3,3 кВ

Электронные цепи распределительных устройств и подстанций могут быть первичными и вторичными.

К первичным цепям относятся шиноустройства и токоведущие части аппаратов, соединяемые в определенной последовательности.

Ко вторичным относятся цепи, при помощи которых в первичных цепях РУ подстанций осуществляются электронные измерения, релейная защита, сигнализация, дистанционное управление и автоматизация, т.е. вторичные цепи обеспечивают контроль, защиту, комфортное и неопасное сервис первичных цепей.

На принципных схемах первичных цепей демонстрируют все главные элементы электроустановки: шиноустройства, разъединители, выключатели, предохранители, трансформаторы, реакторы и др., также соединения меж ними. Не считая того, чтоб лучше представить для себя работу установки и ее отдельных участков, в первичных схемах обычно демонстрируют без электронных соединений главные приборы и аппараты вторичных цепей, измерительные приборы, приборы релейной защиты и автоматики.

Современные РУ могут иметь разные схемы соединений.

Не считая того, нужно держать в голове, что отключение свободной от нагрузки полосы связано с разрывом ее зарядного тока, который тем больше, чем длиннее линия.

Установленный заместо разъединителя выключатель нагрузки позволяет отключать и включать линию при нагрузке в границах номинальной.

В данном случае на присоединении инсталлируются измерительные трансформаторы тока, а линейный и шинный разъединители служат для снятия напряжения с выключателя и трансформаторов тока при осмотре, ремонте, проверке и других работах. Потому что деяния с разъединителями вероятны только при отключенном выключателе, который разрывает цепь тока, порядок отключения полосы последующий: поначалу отключают выключатель, потом линейный разъединитель и в конце концов шинный разъединитель. Порядок включения полосы оборотный. Таковой вариант присоединения к РУ применяется для линий с большенными нагрузками и огромным током недлинного замыкания.

ФСК ЕЭС окончила установка оборудования ЗРУ 10 кВ на подстанции 110 кВ “Роза Хутор” в Сочинском регионе

Обычно такая схема применяется для присоединения воздушных линий. Заземляющие ножики в данном случае служат для заземления и закорачивания полосы после отключения, потому что в отключенной полосы может быть появление электронных зарядов, индуктируемых атмосферным электричеством либо рядом проложенными линиями. Разрядники созданы для отвода в землю электронных зарядов атмосферного электричества, создающих во включенной полосы значимые перенапряжения, небезопасные для всей установки. В открытых РУ разрядники присоединяются конкретно к основным шинам.

. Для отключения этого трансформатора от сети служит шинный разъединитель (отключение должно выполняться только при холостом ходе трансформатора); защита от высочайшего и низкого напряжений производится плавкими предохранителями.

В эту схему входят выключатель, созданный для оперативных переключений, и релейная защита (РЗ), приборы которой получают питание от измерительных трансформаторов тока.

Применение комплектных распределительных устройств и трансформаторных подстанций позволяет уменьшить сроки монтажных работ, понизить их цена и сделать лучше качество.

ИНФОФИЗ – мой мир.

Весь мир в твоих руках – все будет так, как ты захочешь

Адрес: г. Новороссийск
Телефон: Номер телефона
Почта: kalinelena@yandex.ru

Весь мир в твоих руках – все будет так, как ты захочешь

Как сказал.

Тестирование

Урок 44. Получение, передача и распределение электроэнергии.

Производство, передача и распределение электроэнергии.

Проблема обеспечения энергией уже в самое ближайшее время станет одной из наиболее острых среди глобальных проблем человечества. Более 60% энергии вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС) на органическом топливе (уголь, нефтепродукты, газ, торф), примерно 18% – на атомных (АЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС), а остальные 2% – на солнечных, ветровых, геотермальных и прочих электростанциях.

Производство электрической энергии в России концентрируется преимущественно на крупных электростанциях. Потребители электрической энергии – промышленность, строительство, электрифицированный транспорт, сельское хозяйство, сфера бытового обслуживания расположены в городах и сельской местности. Центры потребления электроэнергии, как правило, удалены от ее источников зачастую на расстояния в сотни и даже тысячи километров и распределены на значительной территории. В связи с этим возникает задача транспортирования электроэнергии от станций к потребителям. Эту задачу выполняют электрические сети, состоящие из линий электропередачи (ЛЭП) и подстанций.

Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

Для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (ЛЭП), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток переменной частоты 50 Гц. На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линии передач не превышает 90 %.

Условная схема высоковольтной линии передачи. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках линии. На схеме изображен только один из трех проводов высоковольтной линии.

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы.

Трансформатор – прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте.

Он был изобретен П. Н. Яблочковым в 1876 году. В 1882 году трансформатор был усовершенствован И. Ф. Усагиным.

Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции.

Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с ЭДС e1(t), поэтому в ней возникает ток J1(t), создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ, который практически без рассеяния циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток.

В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

В режиме нагрузки в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки Rн, и в ней возникает переменный ток J2(t). Теперь полный магнитный поток Φ в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ2, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током J2, направлен навстречу потоку Φ1, создаваемому током J1 в первичной обмотке: Φ = Φ1 – Φ2. Отсюда следует, что токи J1 и J2 изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°.

При k>1 трансформатор называется повышающим, при k Подробности Просмотров: 22523

Общие сведения о производстве, передаче и распределении электроэнергии. Энергосистемы

Электроэнергетика

Введение

Энергетика является отраслью жизнеобеспечения. Экономика государства, его политика, хозяйственная деятельность, жизнь населения неразрывно связана с энергетикой. Вместе с тем это чрезвычайно сложная отрасль и капиталоемкая отрасль, требующая громадные средства на ее развитие. Примерно 10 – 20 % всех своих средств государства мира тратят на развитие энергетики.

Энергетика представляет собой большую систему, в которой функционируют взаимосвязанные подсистемы, обеспечивающие потребности народного хозяйства в топливе, электрической и тепловой энергии. Структура большой энергетической системы представлена на рисунке 0.1, из которого видно, что большая энергетическая система страны включает три вида систем, имеющих самостоятельные цели.

Рисунок 0.1 – Отраслевая структура большой энергетической системы

Назначение системы ТЭР – обеспечение народного хозяйства энергетическими ресурсами: органическим топливом (газом, нефтью, углем и др.), ядерным топливом, гидроэнергией и др. Цель систем электроэнергетики и теплоэнергетики – обеспечение всех потребителей электрической и соответственно тепловой энергией. Тепловая энергия является неотъемлемой частью современного комфорта, особенно в странах с холодным климатом, к которым относится и Россия. Без нормального функционирования любой системы нормальная жизнь страны невозможна.

Все системы взаимосвязаны. Любые задачи по развитию и эксплуатации систем и их объектов должны решаться с учетом этих связей. В предмете «Электроэнергетика» рассматриваются в основном электроэнергетические объекты и системы.

Общие сведения о производстве, передаче и распределении электроэнергии. Энергосистемы

Технологические особенности энергосистем

Основными особенностями энергосистем являются следующие.

Электроэнергия практически не аккумулируется. Производство, преобразование, рас­пределение и потребление происходят одновременно и практически мгновенно. Поэтому все элементы энергосистемы взаимосвязаны единством режима. В энергосистеме в каждый мо­мент времени установившегося режима сохраняется баланс по активной и реактивной мощ­ностям. Невозможно произвести электроэнергию не имея потребителя: сколько выработано электроэнергии в данный момент, столько ее и отдано потребителю за вычетом потерь. Ре­монты, аварии и т.д. приводят к снижению количества электроэнергии, выдаваемой потребителю (при отсутствии резерва), и, как следствие, к недоиспользованию установленного оборудования энергосистемы.

Относительная быстрота протекания процессов (переходных): волновые процессы – (10 -3 – 10 -6 ) с, отключения и включения – 10 -1 с, короткие замыкания – (10 -1 – 1) с, ка­чания – (1 – 10) с. Высокие скорости протекания переходных процессов в энергосистемах обусловливают необходимость использования автоматики в широких пределах вплоть до полной автоматизации процесса производства и потребления электроэнергии и исключение возможности вмешательства персонала.

Энергосистема связана со всеми отраслями промышленности и транспорта, характери­зующимися большим разнообразием приемников электроэнергии.

Потребление электрической энергии подвержено множеству случайных и неопределенных факторов. Погрешности предвидения потребления электроэнергии с заблаговременностью в несколько минут составляют примерно 2 %, а с годовой заблаговременностью до 10 %.

Сначала потребитель-покупатель использует товар (электрическую энергию), а затем оплачивает его.

Работа электростанций в системе дает возможность за счет большого количества параллельно работающих генераторов повысить надежность электроснабжения потребителей, полностью загрузить экономичные агрегаты электростанций, снизить стоимость выработки электроэнергии. Кроме того, в энергосистеме снижается установленная мощность резервного оборудования; обеспечивается более высокое качество электроэнергии, отпускаемой потребителям.

Развитие энергетики должно опережать рост потребления электроэнергии, иначе невозможно создание резервов мощности. Энергетика должна развиваться равномерно, без диспропорций отдельных элементов.

Электрические сети

Важнейшими элементами энергетических и электрических систем, объединяющих ряд электростанций для лучшего использования их мощности, являются передающие электрические сети, распределительные устройства и подстанции (рисунок 1.1).

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. (ПУЭ, п. 1.2.6)

Более широким понятием, чем электрическая сеть, является понятие система электроснабжения (рисунок 1.1). Она объединяет в себе все электроустановки, предназначенные для обеспечения потребителей электрической энергией.

Одним из основных передающих элементов электрических сетей и СЭС являются линии электропередачи.

Линия электропередачи (ЛЭП) – это электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние с возможным промежуточным отбором.

Линии выполняются воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов (на промышленных предприятиях и электростанциях) и внутренних проводок (в зданиях и сооружениях).

Основными параметрами ВЛ являются: пропускная способность, номинальное напряжение, число цепей, сечение проводов в фазах, конструктивное исполнение. Выбор этих параметров является сложной технико-экономической задачей.

Кабельные линии (КЛ) по сравнению с воздушными линиями (ВЛ) имеют следующие преимущества: более длительный срок службы; отсутствие потребности в материале для опор; бόльшую надежность эксплуатации из-за отсутствия внешних атмосферных воздействий (ветер, гололед, атмосферные перенапряжения); отсутствие опор и проводов, загромождающих пространство, значительное снижение опасности для людей и животных в случае аварий.

Электрические сети выполняют по радиальным, магистральным или смешанным схемам. Схемы строятся по ступенчатому принципу. Число ступеней определяется потребляемой мощностью и размещением электрических нагрузок. Электрические сети подразделяют на распределительные, питающие (районные) и системообразующие.

К системообразующим относят электрические сети, которые объединяют электрические станции и крупные узлы нагрузки. Они предназначены для передачи больших потоков мощности и выполняют функции формирования энергосистемы как единого объекта. Системообразующие сети выполняют на напряжения 500 – 1150 кВ, обеспечивая тем самым их большую пропускную способность.

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети до распределительных узлов района (центров питания городов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных объектов). Их выполняют на напряжения 35 – 330 кВ.

Назначение распределительных сетей – передача электроэнергии к потребителям. Напряжение распределительных сетей может быть 6 – 110 кВ, а также до 1 кВ.

Протяженность высоковольтных ЛЭП напряжением 220 кВ и выше по России по данным 2000 год составляет 153,4 тыс. км. В целом протяженность ЛЭП всех классов напряжений на 2000 год составляла 2647,8 тыс. км.

Возможные варианты конфигураций и схем электрических сетей зависят от многих факторов: географических условий территории, мест расположения источников энергии и предполагаемых потребителей и др. Поэтому число вариантов развития сети может быть очень большим и для отбора наиболее экономичного предполагаются специальные оптимизационные модели. Однако из-за их несовершенства технико-экономическую оценку вариантов осуществляют с использованием оценочных моделей.

Распределительное устройство(РУ) – это электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. (ПУЭ, п. 4.2.2)

РУ бывают открытыми или закрытыми. РУ, всё или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе, называют открытым (ОРУ), а оборудование которого расположено в здании – закрытым (ЗРУ).

ЗРУ выполняют для напряжений 3 – 10 кВ, а при необходимости защиты оборудования от повышенной загрязненности атмосферы или при особо тяжелых климатических условиях – и для напряжений 35 – 220 кВ. ОРУ выполняют на напряжения 35 кВ и выше.

Достоинством ОРУ являются меньшие по сравнению с ЗРУ объем строительных работ, их стоимость и время выполнения, а их недостатками – неудобство обслуживания при низких температурах и в плохую погоду, большая занимаемая площадь.

Комплектным распределительным устройством называется РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. (ПУЭ, п. 4.2.3)

Широко применяют комплектные РУ для внутренней (КРУ) и наружной (КРУН) установки.

Напряжение питания потребителей осуществляется, как правило, на более низких классах напряжения, чем используются в ЛЭП. Т.о., возникает необходимость строительства трансформаторных подстанций, предназначенных для преобразования высоких уровней напряжения в необходимые для питания потребителей.

Подстанция – это электроустановка, служащая для приема, преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов (трансформаторная подстанция) или других преобразователей энергии (преобразовательная подстанция), распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. (ПУЭ, п. 4.2.4)

Также как и РУ, подстанции могут быть комплектными.

Комплектной трансформаторной (преобразовательной) подстанцией (КТП, КПП) называется подстанция, состоящая из трансформаторов (преобразователей) и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. (ПУЭ, п. 4.2.8)

Распределительным пунктом называется устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции. (ПУЭ, п. 4.2.10)

Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения. В зависимости от положения в энергосистеме, назначения, величины первичного и вторичного напряжения их можно подразделить на районные подстанции, подстанции промышленных предприятий, тяговые подстанции и др.

Районными называются подстанции, питающиеся от районных (основных) сетей энергетической системы. Они предназначены для электроснабжения больших районов, в которых находятся промышленные, городские, сельскохозяйственные и другие потребители электроэнергии. Первичные напряжения районных подстанций составляют 750, 500, 330, 220, 150 и 110, а вторичные – 220, 150, 110, 35, 20, 10 или 6 кВ.

Разновидностью районных подстанций энергосистем являются узловые распределительные подстанции (УРП), на которых основная мощность при подводимом напряжении 110 – 500 кВ распределяется без трансформации или с частичной трансформацией по линиям глубоких вводов для питания отдельных объектов большой мощности предприятий.

Основные типы трансформаторных подстанций промышленных предприятий:

1. Заводские подстанции, которые делятся на:

а) главные понизительные подстанции (ГПП) предназначены для приема электроэнергии от энергетических систем напряжением 35 – 220 кВ и преобразования ее в напряжение заводской сети 6-10 кВ для питания цеховых и межцеховых подстанций. Главным отличием ГПП от УРП является то, что подводимая энергия трансформируется, а также меньшая мощность, чем УРП;

б) подстанции глубоких вводов (ПГВ) – подстанции предназначенные для питания отдельного объекта или района. Получают электроэнергию или от энергосистемы или от УРП данного предприятия. Обычно выполняются по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении110 – 220 кВ.

в) распределительные пункты (РП), получающие питание в основном от ГПП.

2. Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) малой и средней мощности, предназначенные для питания одного или нескольких цехов. Трансформируют электроэнергию с напряжения 6 – 10 кВ на вторичное напряжение 220 – 660 В. Выполняются:

а) отдельно стоящими ТП с закрытыми РУ с установкой на них соответствующего высоковольтного оборудования и трансформаторов;

б) встроенными и пристроенными с установкой на них трансформаторов в закрытых камерах и распределительных щитов на напряжение 0,23 – 0,4 кВ;

в) внутрицеховыми – как комплектные трансформаторные, выпрямительные и печные подстанции.

Требования потребителей к СЭС

Электроприемники (потребители) определяют технические и экономические условия работы энергосистем. Известно, что в энергетике продукция не может складироваться. Режим производства и потребления совпадает по времени. Без информации о требованиях потребителей невозможно управлять технической деятельностью энергетических предприятий. Требуется глубокий экономический анализ потребителей для разработки продуктовой и ценовой стратегий на рынке электроэнергии и мощности. Только потребитель определяет, какой вид и объем продукции ему нужен и за что он готов платить. В коммерческих отношениях купли-продажи должны устанавливаться обоснованные тарифы на электрическую и тепловую энергии. Одной из важных составляющих задач управления режимами энергосистем является составление «досье» на потребителей. Информация из него позволит правильно определить товарно-денежные отношения.

Для правильного построения систем промышленного электроснабжения всех приемников необходимо учесть:

1) требования, предъявляемые действующими ПУЭ к надежности питания приемников;

2) данные о величине мощности и электроэнергии потребляемых приемниками;

3) режимы работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный);

4) требования к качеству электроэнергии;

5) места расположения приемников электроэнергии, необходимо также выяснить стационарные они или передвижные.

Потребители энергии предъявляют к энергоснабжению следующие основные требования:

– обеспечение качества электрической энергии;

– обеспечение экономичности энергоснабжения;

– возможность дальнейшего развития.

Требование экономичности состоит в том, что приведенные затраты на строительство и эксплуатацию элементов СЭС должны быть минимальными.

Экономичность энергоснабжения зависит от цены товара (энергии) на рынке, который является регулятором цен. Цены зависят от затрат на производство энергии. Если затраты минимальные, то они обеспечивают предприятию-продавцу конкурентные преимущества по цене. При управлении режимами должны минимизироваться удельные расходы топлива на производство энергии, расход электроэнергии на собственные нужды, электроэнергии, теряемой в сетях при ее транспорте.

Если станции работают в системе, то показатели экономичности должны определяться с позиции их совместной работы и они не равны показателям при изолированной работе. Правильная оценка экономичности требует решения ряда режимных задач на основе методов оптимизации.

Электроэнергетика

Введение

Энергетика является отраслью жизнеобеспечения. Экономика государства, его политика, хозяйственная деятельность, жизнь населения неразрывно связана с энергетикой. Вместе с тем это чрезвычайно сложная отрасль и капиталоемкая отрасль, требующая громадные средства на ее развитие. Примерно 10 – 20 % всех своих средств государства мира тратят на развитие энергетики.

Энергетика представляет собой большую систему, в которой функционируют взаимосвязанные подсистемы, обеспечивающие потребности народного хозяйства в топливе, электрической и тепловой энергии. Структура большой энергетической системы представлена на рисунке 0.1, из которого видно, что большая энергетическая система страны включает три вида систем, имеющих самостоятельные цели.

Рисунок 0.1 – Отраслевая структура большой энергетической системы

Назначение системы ТЭР – обеспечение народного хозяйства энергетическими ресурсами: органическим топливом (газом, нефтью, углем и др.), ядерным топливом, гидроэнергией и др. Цель систем электроэнергетики и теплоэнергетики – обеспечение всех потребителей электрической и соответственно тепловой энергией. Тепловая энергия является неотъемлемой частью современного комфорта, особенно в странах с холодным климатом, к которым относится и Россия. Без нормального функционирования любой системы нормальная жизнь страны невозможна.

Все системы взаимосвязаны. Любые задачи по развитию и эксплуатации систем и их объектов должны решаться с учетом этих связей. В предмете «Электроэнергетика» рассматриваются в основном электроэнергетические объекты и системы.

Общие сведения о производстве, передаче и распределении электроэнергии. Энергосистемы

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-16; Нарушение авторского права страницы

Ссылка на основную публикацию