Схемы внутризаводского распределения электроэнергии.

Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является больная разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно- защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

В общем случае схемы внутризаводского распределения электроэнергии имеют ступенчатое построение. Считается нецелесообразным применение схем с числом ступеней более двух-трех, так как в этом случае усложняется коммутация и защита сети. На небольших по мощности предприятиях рекомендуется применять одноступенчатые схемы. Схема распределения электроэнергии должна быть связана с технологической схемой объекта. Питание приемников электроэнергии разных параллельных технологических потоков должно осуществляться от разных источников: подстанций, РП, разных секций шин одной подстанции. Это необходимо для того, чтобы при аварии не останавливались оба технологических потока.

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной, радиальной или смешанной схеме. Выбор схемы определяется категорией надежности потребителей электроэнергии, их территориальным размещением, особенностями режимов работы.

Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передается непосредственно к приемному пункту. Чаще применяют радиальные схемы с числом ступеней не более двух. Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших и средних по мощности предприятиях для питания сосредоточенных потребителей (насосные станции, печи, преобразовательные установки, цеховые подстанции), расположенных в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей системы электроснабжения, начиная от источников питания и кончая сборными шинами до 1 кВ цеховых подстанций.

Питание крупных подстанций и подстанций с преобладанием потребителей I категории осуществляют не менее чем двумя радиальными линиями, отходящими от

Одноступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии

разных секций источника питания. Отдельно расположенные однотрансформаторные подстанции мощностью 400 - 630 кВ А получают питание по одиночным радиальным

линиям без резервирования, если отсутствуют потребители I и II категорий и по условиям прокладки линии возможен ее быстрый ремонт. Если обособленные подстанции имеют потребителей II категории, то их питание должно осуществляться двухкабельной линией с разъединителями на каждом кабеле.

Двухступенчатые радиальные схемы с промежуточными РП применяют на больших и средних по мощности предприятиях для питания через РП крупных пунктов потребления электроэнергии, так как нецелесообразно загружать основной центр питания предприятия с дорогими ячейками РУ большим количеством мелких отходящих линий. От вторичных РП питание подается на цеховые подстанции без сборных шин высшего напряжения. В этом случае используют глухое присоединение трансформаторов или предусматривают выключатель нагрузки, реже - разъединитель. Коммутационно-защитную аппаратуру при этом устанавливают на РП.

Магистральные схемы распределения электроэнергии применяют в том случае, когда потребителей много и радиальные схемы нецелесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Магистральные схемы целесообразно применять при расположении подстанций на территории предприятия, близком к линейному, что способствует прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителей и тем самым сокращению длины магистрали.

Недостатком магистральных схем является более низкая надежность по сравнению с радиальными схемами, так как исключается возможность резервирования на низшем напряжении однотрансформаторных подстанций при питании их по одной магистрали. Рекомендуется питать от одной магистрали не более двух-трех трансформаторов мощностью 2500 - 1000 кВ · А и не более четырех-пяти при мощности 630 - 250 кВ · А.

Рис.3. Одиночные магистральные схемы:

а - с односторонним питанием; б - с двухсторонним питанием Существует много разновидностей и модификаций магистральных схем, которые с учетом степени надежности делят на две группы: одиночные магистрали и схемы с двумя и более сквозными магистралями (рис.3).

Одиночные магистрали без резервирования допускаются только для потребителей III категории. Схемы с двумя и более сквозными магистралями имеют высокую надежность и могут применяться для потребителей любой категории надежности.

Двойные сквозные магистрали целесообразны для цеховых подстанций или РП с двумя секциями сборных шин или же для цеховых

двухтрансформаторных подстанций без сборных шин на стороне высшего напряжения. В зависимости от передаваемой мощности к каждой магистрали подключают от двух до четырех подстанций. Секции шин ТП или РП в нормальном режиме работают раздельно. В случае аварии на одной магистрали ТП или РП подключают к магистрали, оставшейся в работе.

При магистральных схемах питания цеховых подстанций на вводе к трансформатору устанавливают более дешевую коммутационную аппаратуру в виде выключателя нагрузки или разъединителя. Если требуется обеспечить избирательное отключение трансформатора при его повреждении или если зашита на головном выключателе и чувствительна при повреждении трансформатора, то последовательно с выключателем нагрузки или разъединителем устанавливают предохранитель типа ПК, предназначенный для отключения поврежденного трансформатора без нарушения работы остальных.

В практике проектирования и эксплуатации редко применяют схемы внутризаводского распределения электроэнергии, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу. Сочетание преимуществ радиальных и магистральных схем позволяет создать систему электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

Рис. 4. Схема петлевой распределительной линии напряжением 6 - 10 кВ

В крупных городах большое распространение получила распре­делительная сеть напряжением 6 - 10 кВ, выполненная по петлевой схеме (рис.4).

В нормальном режиме петлевая линия разомкнута разъе­динителем QS1 и каждая магистральная линия питается от РП не­зависимо. При повреждении какого-либо участка на одной из ли­ний автоматически отключается выключатель на головном участке Q1 или Q2 и прекращается питание всех потребителей, присоединенных к поврежденной линии. Найдя место поврежде­ния, этот участок вручную отключают разъединителями, замк­нув перемычку А - Б разъединителем QS1, восстанавливают пи­тание потребителей.

Самым тяжелым случаем для такой линии будет повреждение в точке К, так как питание всей нагрузки в послеаварийном режиме будет осуществляться по одной линии. Число трансформаторов, присоединяемых к одной линии, не должно быть более пяти-ше­сти. Резервная перемычка должна находиться под напряжением и при разомкнутой схеме.

Следует помнить, что петлевая сеть не обеспечивает бесперебойное питание потребителей. При повреждении любого участка петлевой сети часть потребителей отключается на время, необходимое для отключения поврежденного участка и перевода на питание от поврежденных участков сети.

Схемы м.б. магистральные, радиальные, смешанные. Они м.б. как с двухсторонним питанием, так и с односторонним.

При радиальной схеме от шин ИП отходят линии к каждому РП или ТП. Для ЭП III кат они выполняются одиночными, а для более ответственных двойными от двух независимых ИП. Нормально линии работают раздельно, каждая на соответствующую секцию шин РП.

 

19. Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ. Расчет симметричных токов КЗ (назначение и порядок расчета). Метод коэффициентов распределения

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение КЗ в сети или в элементах электрооборудования. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ.

При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах системы электроснабжения или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.

В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и двойные замыкания на землю.

Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку при каждом их них фазы находятся не в одинаковых условиях и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются.

Наиболее распространенным видом КЗ являются однофазные КЗ в сетях с глухо- и эффективно заземленной нейтралью. Значительно реже возникают двойные замыкания на землю, т. е. одновременное замыкание на землю разных фаз в различных точках сети, работающей с изолированной нейтралью.

Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ.

В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения.

Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1 кВ имеет ряд особенностей по сравнению с расчетом токов КЗ в установках напряжением до 1 кВ. Эти особенности заключаются в следующем:

- активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие x/r > 3, где r и x - суммарные активные и реактивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки КЗ;

- при определении тока КЗ учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения: подпитку от синхронных двигателей учитывают как в ударном, так и в отключаемом токе КЗ; подпитку от асинхронных двигателей - только в ударном токе КЗ.

Для расчета токов КЗ составляют расчетную схему системы электроснабжения и на ее основе схему замещения. Расчетная схема представляет собой упрощенную однолинейную схему, на которой указывают все элементы системы электроснабжения и их параметры, влияющие на ток КЗ. Здесь же указывают точки, в которых необходимо определить ток КЗ. Схема замещения представляет собой электрическую схему, соответствующую расчетной схеме, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения представлены сопротивлениями.

Расчет токов КЗ выполняют в именованных или относительных единицах. Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения тока КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.

В практических расчетах токов КЗ обычно вместо номинальных напряжений используют средние значения напряжений.

При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб.

За базисную мощность принимают условную единицу мощности, например, 1000 МВ·А.

В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой имеет место КЗ (Uср = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям. Для определения токов КЗ на расчетной схеме намечают характерные точки КЗ, в которых токи имеют максимальные значения. Как правило, это сборные шины ГПП, РУ, РП или начало питающих линий. Точки КЗ нумеруют в порядке их рассмотрения, начиная с высших ступеней. На основании расчетной схемы составляют схему замещения, которую путем последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования звезды сопротивлений в треугольник и обратно приводят к простому виду.

Ток КЗ в рассматриваемой точке определяют из выражения

Iк = Iб/Σx*,

где Iб - базисный ток той ступени, на которой рассматривают ток КЗ; Σx* - суммарное приведенное индуктивное сопротивление от источника питания до точки КЗ (если учитывают активное сопротивление, то вместо Σx* в формулу входит Σz* - полное приведенное сопротивление от источника питания до точки КЗ).

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать наибольшее возможное мгновейное значение тока КЗ, которое называют ударным током и определяют по формуле

 

iуд = 1,41 Iп0 Kуд,

где Iп0 - значение периодической составляющей тока КЗ в начальный момент; Куд - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Та апериодической составляющей тока КЗ; Та = хк / (314 rк); хк и rк - соответственно индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ. При вычислении токов K3 в удаленных от генератора точках ударный коэффициент определяют по кривой зависимости Куд =f/(Та) (рис. 6.2).

При приближенных расчетах токов КЗ для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ от синхронных генераторов в произвольный

момент времени при радиальной расчетной схеме следует применять метод типовых кривых. Он основан на использовании кривых изменения во времени отношения действующих значений периодической составляющей тока КЗ от генератора в произвольный и начальный моменты времени, т.е. γt = I пt/Iпо = f(t), построенных для разных удаленностей точки КЗ. При этом электрическая удаленность точки КЗ от синхронной машины характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока генератора в начальный момент КЗ к его номинальному току.