Раздел 5. Основы электроснабжения

Энергетическая система (ЭС) – совокупность электростанций, линий электропередач, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии.

Единая энергетическая система (ЕЭС) – объединяет ЭС отдельных районов, соединяя их линиями электропередач.

Электроэнергетическая система – часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети, приемников электроэнергии (без тепловых сетей и потребителей теплоты).

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии на определенной территории, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи, токопроводов, аппаратуры присоединения, защиты и управления.

Электростанция – предприятие, на котором вырабатывается электроэнергия. На этих станциях различные виды энергии с помощью электрических машин называемых генераторами, преобразуются в электроэнергию.

Воздушная линия электропередач (ВЛ или ВЛЭП) – устройство для передачи электроэнергии по проводам. ВЛ состоит из 3-х элементов: проводов, изоляторов, опор.

Подстанция – электроустановка, состоящая из трансформаторов или иных преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств (прием, преобразование, распределение).

Распределительный пункт – распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции.

Приемник электроэнергии – аппарат, агрегат, механизм, предназначенный

для преобразования электроэнергии в другой вид энергии (электродвигатель – крутящий момент, прожектор – свет и т.д.).

Электропотребитель – совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электросетей к общему пункту электропитания.

Электроустановка (ЭУ) – совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, трансформации, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии, изменения рода тока, напряжения, частоты и числа фаз.

В системе электроснабжения объектов можно выделить 3 вида электроустановок:

1) по производству электроэнергии – электростанции;

2) по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии – электрические сети и подстанции;

3) по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах – приемники электроэнергии.

 

Назначение и типы электростанций

В зависимости от рода первичного двигателя и способа преобразования различных видов энергии электростанции могут быть тепловыми (в том числе и атомные) и гидравлическими.

Тепловые станции (ТЭС) в свою очередь делятся на станции с паровыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами. Наибольшее применение нашли паровые ТЭС.

В настоящее время около 80% электроэнергии производится на ТЭС. Они используют органические виды топлива: уголь, нефть, газ, торф, относящиеся к невозобновляемым источникам энергии. Энергией перегретого пара приводится во вращение турбина, соединенная с генератором. Если весь пар, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды, используется для вращения турбины, то такие

станции называются конденсационными (КЭС) (или ГРЭС – государственная районная ЭС), их располагают вблизи районов добычи топлива и водоемов.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) – предназначены для централизованного снабжения городов и предприятий электрической и тепловой энергией.

Атомные электрические станции (АЭС) приводят к значительной экономии органического топлива.

Основной частью АЭС является ядерный реактор, в которой энергия ядерных реакций превращается в тепловую энергию.

Ядерное топливо обеспечивает значительную экономию органического топлива: 1 кг урана U235 заменяет 2900 т угля.

Гидравлические электростанции (ГЭС) сооружают на реках и водопадах и используют энергию водного потока. Этот источник энергии возобновляемый. Перед плотиной ГЭС образуется водохранилище, вода которого используется по мере необходимости для выработки электроэнергии. Пуск агрегата ГЭС занимает не более 30 с, КПД- 85 – 90%.

Приливная гидроэлектростанция (ПЭС) на Кольском полуострове работает с 1968 г. Мощность ее невелика, но позволяет проводить эксперименты по использованию обратимых гидроагрегатов. Трудности, связанные со строительством ПЭС – высокая стоимость и пульсирующий характер выдачи мощности.

 

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Солнечная энергия. Современные фотопреобразователи позволяют преобразовать солнечную энергию в электрическую с КПД 12 – 20 %.

В Крыму сооружена 1 солнечная установка мощностью 5 МВт. Широкое использование солнечные батареи получили в космонавтике.

Разработаны ветроэлектродвигатели серии «Циклон» и ведутся работы по их совершенствованию.

Геотермальная энергия. Термальные воды и пар из скважин широко используется для отопления и горячего водоснабжения. Буровая скважина,

дающая 100 т пара в час, обеспечивает ежегодную экономию 20 т м3 нефти. С помощью буровых скважин в раскаленные недра направляются речные воды; превратившись в пар, они приводят в действие мощные турбоагрегаты.

 

Электрические сети

Для того чтобы передать электроэнергию на расстояние, ее предварительно преобразовывают, повышая напряжения трансформаторами. У мест потребления электроэнергии напряжение понижают до нужной величины.

Электрические сети подразделяются по следующим признакам:

1) Напряжение сети. Сети могут быть напряжением до 1 кВ – низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1 кВ – высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).

2) Род тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трехфазного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом электроэнергия может трансформироваться. При большом числе однофазных приемников от трехфазных сетей делают однофазные ответвления. Принятая частота переменного тока в ЕЭС России – 50 Гц.

3) Назначение. По характеру потребителей и в зависимости от назначения территории, на которой они находятся, различают сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности и др.

4) Конструктивное выполнение сетей. Линии могут быть воздушными. кабельными и токопроводами. Подстанции могут быть открытыми и закрытыми.

 

Приемники электроэнергии

Приемником электроэнергии (электроприемником) является электрическая часть технологической установки или механизма получающая энергию из сети и расходующая ее на выполнение технологических процессов.

Электроприемники классифицируются по следующим признакам: напряжению, роду силы тока, его частоте, единичной мощности, степени надежности электроснабжения, режиму работы, технологическому назначению.

По напряжению электроприемники подразделяются на 2 группы, до 1000 В и свыше 1000 В.

По роду силы тока электроприемники подразделяются: на приемники переменного тока промышленной частоты (50Гц), постоянного тока и переменного тока частотой, отличной от 50 Гц (повышенной или пониженной).

Единичные мощности отдельных электроприемников и электропотребителей различны – от десятых долей киловатта до нескольких десятков мегаватт.

По степени надежности электроснабжения правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают 3 категории:

1) Электроприемники 1 категории – электроприемник, перерыв снабжения которых электроэнергией связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (доменные цехи, котельные производственного пара, подъемные и вентиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.) Они должны работать непрерывно.

Они должны обеспечиваться электроэнергией от 2 независимых

взаимно резервирующих источников питания. Допустимый интервал не более 1 мин.

2) Электроприемники 2 категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простою технологических механизмов, рабочих, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности городских и сельских жителей. Интервал не более 30 мин.

3) Электроприемники 3 категории – все остальные. Перерыв не более суток.

 

Электроснабжение зданий

В сельской местности, как правило, электроснабжение зданий осуществляется от ВЛ, т. е. от воздушных линий изолированными вводами в здания на щиток учета электроэнергии и от него по внутренней электропроводке к местам потребления.

В городских условиях электроснабжение многоэтажных и других ответственных зданий осуществляется путем прокладки подземных кабельных линий КЛ от двух различных трансформаторных подстанций ТП для обеспечения большей надежности в электроснабжении. Эти питающие сети отходят от источников питания (ТП) к распределительным шкафам (РШ), от которых по стоякам (по подъездно) и поэтажно через щитки учета электроэнергии по внутренней электропроводке к местам потребления.

Внутренняя электропроводка выполняется алюминиевым (реже медным) изолированным проводом, как правило, скрытой (под штукатуркой, в трубах и т. д.) и открытой.

Для защиты внутренней электропроводки и сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Это простейшие аппараты токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки..Предохранитель включают последовательно в фазу защищаемой цепи.

Электроснабжение зданий и сооружений осуществляется, как правило, по сетям напряжением до 1 кВ. Исключение составляют крупные уникальные сооружения со встроенным ТП, к которым подводятся линии 6—10 кВ.

Распределение электрической энергии осуществляется по сетям, имеющим различные схемы. Построение схемы зависит от ряда факторов, основными из которых являются: напряжение сети, уровня электрических нагрузок, требования к надежности электроснабжения, экономичность, простота и удобство обслуживания, конструктивные и планировочные особенности здания.

Кроме того, схема электроснабжения должна обеспечивать применение индустриальных методов монтажа. Необходимость рационального построения схемы распределения энергии помимо вышеуказанного определяется еще высоким удельным весом капитальных вложений на строительство внутренних сетей.

Напряжение сети, как правило, принимается равным 380/220 В при глухом заземлении нейтрали трансформаторов на питающей подстанции (ТП). Это напряжение является наиболее экономичнымдля жилых и общественных зданий.

Простота и удобство обслуживания. Помимо экономичности должно уделяться достаточное внимание удобствам эксплуатации, наглядности

схемы и ее простоте. Иногда эти требования превалируют над требованиями экономичности. Отсюда вытекает необходимость, удобного расположения ВРУ здания, обеспечивающего наиболее простой ввод питающих линий и прокладку распределительной сети, а также безопасность обслуживания. Схема сети должна строиться таким образом, чтобы поврежденный участок сети легко обнаруживался, и заменялся, и чтобы при этом отключалось по возможности небольшое количество потребителей.

Конструктивные особенностиздания оказывают известное влияние на построение схемы. В тех случаях, например, когда в жилое здание встраиваются различные предприятия или учреждения, схема сети усложняется в связи с необходимостью комплексного питания потребителей собственно здания и встроенных помещений. При этом схема должна отвечать требованиям надежности электроснабжения всех потребителей. При построении схемы внутренних сетей очень важно учитывать решения стро­ительных конструкций зданий для экономичного и индустриального осуществления электромонтажных работ.

Таким образом, рационально построенная схема электрической сети является синтезом комплекса факторов, определяющих ее параметры. Оценка и выбор схемы могут производиться только по совокупности всех показателей применительно к конкретным условиям сооружаемой электроустановки.