Основные сведения о системах электроснабжения объектов(лекция)

Основные сведения о системах электроснабжения объектов(лекция)

Системой электроснабжения (СЭС) - называется совокупность устройств, для производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Система электроснабжения создается для обеспечения электропитания промышленных, городских, сельскохозяйственных и прочих потребителей.

Основные сведения о системах электроснабжения объектов.

 

НН – низковольтное напряжение

ВН - высокое напряжение

По характеру потребителя и от назначения территории, на которых они находятся, различают:

- сети промышленных предприятий;

- сети в сельской местности;

- сети электрического транспорта;

- городские сети.

Так же имеют районные сети - предназначенные для соединения крупных электрических станции и подстанции напряжения выше 35 киловольт.

Сети межсистемных связей - предназначены для соединения крупных электроэнергетических систем, напряжением 330, 500 и 750 киловольт.

 

Потребитель – это предприятие, организация либо территориально обособленный цех, у которых электроприемники присоединены к электрической сети (источник питания) по роду тока и напряжения идентичны.

Электроустановками – называют совокупность машин, аппаратов, линии и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи, накопления и распределения электрической энергии и преобразование ее в другой вид энергии. Примеры: электрическая подстанция, линия электропередач.

Электроэнергетической системой (энергосистема) - называют совокупность электростанции, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты, при общем управлении этим режимом.

Электрической сетью - называют совокупностью электроустановок для передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ) состоящих из подстанции, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линии электропередачи ЛЭ работающих на определенной территории.

Подстанцией - называют электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из трансформаторов или других преобразователей электроэнергии, распределительного устройства, из устройства управления и вспомогательных сооружении.

Трансформаторную подстанцию называют комплектной (КТП) (ТП сборочная на месте) - при поставке трансформаторов, щита низкого напряжения и других элементов, в собранном виде или виде, полностью подготовленном для сборки.

Электрическая подстанция – это электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии.

Распределительным устройством - называют (РУ) электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и т.д.), а так же устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Если все или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе оно называется открытым распределительным устройством (ОРУ), если всё или основное оборудование находится в здании, то оно называется закрытое распределительное устройство (ЗРУ).

РУ состоящее из полностью или частично закрытых шкафов и блоков со встроенными в них аппаратами устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или подготовленном для сборке виде называют – комплектным, и обозначают:

- КРУ - комплектное распред. устройство для внутренней установки,

- КРУН - комплектное распред. устройство для наружной установки.

Распределительным пунктом – называют РУ предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Распределительный пункт до 1 киловольта – называют силовым пунктом или сборкой. Для напряжения 6-10 киловольт широко применяется понятие - распределительная подстанция (РП).

Распределительным щитом – называют РУ до 1 киловольта, предназначенное для управления линиями сетей и их защиты.

Станция управления – это комплектное устройство до 1 киловольта, предназначенное для дистанционного управления электроустановками или их частями с автоматизированным управлением функции.

Коммутационные аппараты выше 1 кв плавкие предохранители и выключатели

Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от сверхтоков; действие его основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги.

Ценными свойствами плавких предохранителей являются:

простота устройства и, следовательно, низкая стоимость;

исключительно быстрое отключение цепи при КЗ;

способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.

Следует, однако, указать, что:

характеристики предохранителей таковы, что они не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках;

избирательность отключения участков цепи при защите ее предохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях;

автоматическое повторное включение цепи после ее отключения предохранителем возможно только при применении предохранителей многократного действия более сложной конструкции;

отключение цепей плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжениями;

возможны однополюсные отключения и последующая ненормальная работа участков системы.

Поэтому в электроустановках свыше 1 кВ предохранители имеют ограниченное применение; их используют в основном для защиты силовых трансформаторов, измерительных трансформаторов напряжения и статических конденсаторов.

Плавкий предохранитель состоит из следующих основных частей: изолирующего основания или металлического основания с изоляторами, контактной системы с зажимами для присоединения проводников, патрона с плавкой вставкой. Большинство предохранителей имеет указатели срабатывания той или иной конструкции.

Предохранители характеризуют номинальным напряжением, номинальным током и номинальным током отключения. Следует различать номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток предохранителя (контактной системы и патрона). Последний равен номинальному току наибольшей из предназначенных к нему вставок. Для предохранителей переменного тока с номинальным напряжением от 3 до 220 кВ включительно установлены следующие значения номинальных токов.

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

· надежное отключение любых токов;

· быстродействие;

· пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т. е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

· возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей (110 кВ и выше);

· легкость ревизии и осмотра контактов;

· взрыво- и пожаробезопасность;

· удобство транспортировки и эксплуатации;

· должны длительно выдерживать номинальный ток и напряжение;

Общие сведения о коммутационных аппаратах до 1 кВ: предохранители, автоматические выкл-ли, контакторы, магнитные пускатели.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (автоматы), не обладая недостатками предохранителей,

обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей как от токов перегрузки,

так и от токов короткого замыкания. Кроме того, они используются и для управления при не-

частых включениях и отключениях. Таким образом, автоматические выключатели совмещают в

себе одновременно функции защиты и управления.

Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются либо только тепловыми, либо

только электромагнитными расцепителями, либо комбинированными расцепителями (тепловы-

ми и электромагнитными). Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, а

электромагнитные - от токов короткого замыкания.

Действие тепловых расцепителей автоматов основано на использовании нагрева биме-

таллической пластинки, изготовленной из спая двух металлов с различными коэффициентами

теплового расширения. В расцепителе при токе, превышающем тот, на который они выбраны,

одна из пластин при нагреве удлиняется больше и вследствие большего ее удлинения воздейст-

вует на отключающий пружинный механизм. В результате чего коммутирующее устройство

автомата размыкается.

Тепловой расцепитель автомата не защищает питающую линию или асинхронный двига-

тель от токов короткого замыкания. Это объясняется тем, что тепловой расцепитель, обладая

большой тепловой инерцией, не успевает нагреться за малое время существования тока КЗ.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит, который воздейст-

вует на отключающий пружинный механизм. Если ток в катушке превышает определенное, за-

ранее установленное значение (ток трогания или ток срабатывания), то электромагнитный рас-

цепитель отключает линию мгновенно. Настройку расцепителя на заданный ток срабатывания

называют уставкой тока. Уставку тока электромагнитного расцепителя на мгновенное сраба-

тывание называют отсечкой. Электромагнитные расцепители не реагируют на токи перегрузки,

если они меньше уставки срабатывания.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепите-

лей, автоматы разделяются на неселективные с временем срабатывания 0,02...0,1 с, селективные

с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабатывания не более

0,005 с.

В табл. 4.3 приведены некоторые характеристики автоматических выключателей.

Таблица 4.3

Контактор - это аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых вклю-

чений и отключений под нагрузкой силовых электрических цепей. Контакторы не защищают

электрические цепи от ненормальных режимов, поскольку у них отсутствуют защитные эле-

менты. Контактор состоит из электромагнитной системы, обеспечивающей дистанционное

управление; главных контактов силовой цепи; дугогасительного устройства; блок-контактов,

включаемых в цепь автоматики и сигнализации. Контакторы нашли широкое применение в си-

ловых цепях переменного и постоянного тока.

В цепях переменного тока применяют преимущественно трехполюсные контакторы се-

рии КТ с номинальными токами 63... 1000 А. Контакторы при числе полюсов два или три до-

пускают 600... 1200 включений в час.

В сетях постоянного тока применяют контакторы серии КТП с номинальными токами

80...630 А.

Магнитный пускатель - это трехполюсный контактор переменного тока, в котором до-

полнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы

главной цепи двигателя. Магнитные пускатели предназначены для управления (пуска, останова,

реверса) трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 75

кВт, а также для защиты их от перегрузки. В отдельных случаях магнитные пускатели исполь-

зуют для включения и отключения некоторых электроустановок, требующих дистанционного

управления (наружное и внутреннее освещение, автоматизированные электроприводы и т. п.).

Защита электродвигателя от перегрузок осуществляется тепловым реле РТ. Тепловое реле на-

дежно защищает электродвигатель от перегрузки, но не обеспечивает защиты от коротких за-

мыканий.

Объясняется это тем, что тепловое реле имеет большую тепловую инерцию. При корот-

ком замыкании ток может повредить цепи раньше, чем сработает тепловое реле. Кроме того,

контакты магнитных пускателей не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания. По-

этому в случае применения магнитных пускателей (с тепловыми реле для защиты от перегру-

зок) для защиты от токов коротких замыканий необходимо устанавливать последовательно с

тепловыми реле плавкие предохранители или автоматы с электромагнитными расцепителями.

Магнитный пускатель отключает двигатель от сети при исчезновении напряжения или

его понижении до 50... 70% от номинального значения.

До последнего времени наибольшее применение в электрических сетях имели магнитные

пускатели серий ПМЕ, ПАЕ, ПМА, однако в настоящее время они заменяются пускателями се-

рий ПМЛ и ПКЛ на номинальные рабочие токи от 4 до 200 А.

Кроме указанных аппаратов в сетях напряжением до 1 кВ используются для коммутации

кнопки управления, командоаппараты, переключатели и кнопочные посты управления.

Цеховые эл. сети до 1 кВ.

Основным условием рационального проектирования сети электроснабжения промышленного объекта является принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппаратами) и одного электроприемника технологического агрегата, получающего 1 питание от этой линии. Поэтому нет смысла, например, питать один 1 электродвигатель технологического агрегата по двум взаиморезер­вируемым линиям. Если технологический агрегат имеет несколько электроприемников, осуществляющих единый, связанный группой машин технологический процесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает необходимость прекращения работы всего агрегата, то в таких случаях надежность электроснабжения вполне обеспечивается при магистральном питании (рис. 5.14). В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания электроприемников в непрерывном технологическом процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии (рис. 5.15).

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников од­ного технологического агрегата, но также большого числа сравни­тельно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие стан­ки в цехах механической обработки металлов и другие потребите­ли, распределенные относительно равномерно по площади цеха. Магистральные схемы позволяют отказаться от применения гро­моздкого и дорогого распределительного устройства или щита, о этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магист­ральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха, применяются схемы с двумя видами магистраль­ных линий: питающими и распределительными (рис. 5.16). Питаю­щие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к кото­рым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции (КТП), если главные магистрали не применяются (рис. 5.17).

 

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повыша­ет надежность всей системы питания.

Следует учитывать недостаток магистральных схем, заключаю­щийся в том, что при повреждении магистрали одновременно от­ключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потре­бителей, не связанных единым непрерывным технологическим про­цессом.

Радиальные схемы питания характеризуются тем, что | от источника питания, например от КТП, отходят линии, питаю­щие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линия­ми питаются более мелкие электроприемники (рис. 5.18).

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.

Все потребители могут потерять питание только при поврежде­нии на сборных шинах КТП, что мало вероятно вследствие достаточно надежной конструкции шкафов этих КТП.

Сосредоточение на КТП аппаратов управления и защиты отдель­ных присоединений позволяет легче решать задачи автоматизации в системе распределения электроэнергии на напряжении до 1 кВ, чем при рассредоточенном расположении аппаратов, что имеет место при магистральной системе. Радиальные схемы питающих сетей с распределительными уст­ройствами или щитами следует применять при наличии в цехе не­скольких достаточно мощных потребителей, не связанных единым технологическим процессом или друг с другом настолько, что ма­гистральное питание их нецелесообразно.

К числу таких потребителей могут быть отнесены электропри­емники, требующие применения автоматических выключателей на номинальный ток 400А и более с дистанционным управлением.

В чистом виде радиальные и магистральные схемы применя­ются редко. Наибольшее распространение на практике находят смешанные схемы, сочетающие элементы радиальных и ма­гистральных схем. В крупных цехах металлургических заводов, ли­тейных, кузнечных и механосборочных цехах машиностроитель­ных заводов, на заводах искусственного волокна и других пред­приятиях всегда имеются и радиальные, и магистральные схемы питания различных групп потребителей.

В цехах машиностроительных и металлургических заводов на­ходят применение схемы магистрального питания с взаимным ре­зервированием питания отдельных магистралей. Схема на рис. 5.19 позволяет вывести в ремонт или ревизию один из трансформато­ров и, используя перегрузочную способность, обеспечить питание нескольких магистралей от одного, оставшегося в работе трансфор­матора. Такая схема питания позволяет безболезненно выводить в ремонт или ревизию один из трансформаторов во время ремонта технологического оборудования.

При неравномерной загрузке технологического оборудования в течение суток (например, пониженная нагрузка в ночные или ре­монтные смены) схемы с взаимным резервированием питания ма­гистралей обеспечивают возможность отключения незагруженных трансформаторов.

Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними КТП при радиальном питании.

Схемы осветительных сетей.

Питание электрического освещения, как правило, производится от общих для силовых и осветительных нагрузок трансформаторов напряжением 380/220 В самостоятельными линиями.

Если в цехе имеются нагрузки, ухудшающие показатели качества электроэнергии, то питание таких нагрузок и освещения осуществляют от разных трансформаторов.

Осветительные сети внутреннего освещения подразделяют на питающие и групповые. К питающей сети относят линии, прокладываемые от ТП или вводно-распределительного устройства (ВРУ) до групповых щитков, к групповой сети — линии от групповых щитков до светильников (рис. 2.9). С целью рационального использования автоматических выключателей трансформаторной подстанции, групповые щитки питают от магистральных щитков (пунктов) (рис. 2.10, 2.11). Если в цехе используется схема блока трансформатор — магистраль, то магистральные пункты питают от головных участков магистрали (рис. 2.12).

В схеме электрического освещения предусматривают раздельное питание рабочего и аварийного освещения. В цехах, где установлено несколько трансформаторов, эти виды освещения питают от разных трансформаторов, присоединенных к независимым источникам. Если установлен один трансформатор, то питание рабочего и аварийного освещения осуществляют отдельными линиями, начиная от магистрального щитка (рис. 2.13).

В зависимости от мощности осветительной нагрузки, размеров и конфигурации осветительной сети, питающую линию подводят непосредственно к групповому щитку или к магистральному пункту.
Возможен также вариант, когда от магистрального пункта отходят как групповые линии к светильникам, так и линии к групповым щиткам или осветительным шинопроводам (рис. 2.14).

В качестве осветительных магистральных и групповых щитков применяют распределительные пункты серии ПР8513 с трехполюсными автоматическими выключателями и ПОР 8513 с однополюсными автоматическими выключателями.
В больших производственных зданиях осветительную питающую сеть выполняют с использованием распределительных шинопроводов типа Ш РА. В этом случае вместо групповых щитков к шинопроводу подключают группы светильников через отдельные аппараты защиты и управления.

Рис. 2.9. Принципиальная схема осветительной сети:
1 — питающая сеть; 2 — вводно-распределительное устройство; 3 — магистральный пункт (щиток); 4 — групповой щиток; 5 — питающая сеть; 6 — групповая сеть

 

 

Потери электроэнергии в ЛЭП

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.

В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Коронный разряд возникает, когда напряжённость электрического поля E у поверхности провода превысит пороговую величину E_кр, которую можно вычислить по эмпирической формуле Пика:
кВ/см,
где r — радиус провода в метрах, β — отношение плотности воздуха к нормальной^[12].

Напряженность электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U(U-U_кр).

Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км^[13].

Потери в ЛЭП переменного тока[править | править вики-текст]

Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ. Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой(индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности — тем больше потери активной.

При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц ( 6000 км, длина четвертьволнового вибратора 1500 км), провод работает как излучающая антенна.

основные сведения о системах электроснабжения объектов(лекция)

Системой электроснабжения (СЭС) - называется совокупность устройств, для производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Система электроснабжения создается для обеспечения электропитания промышленных, городских, сельскохозяйственных и прочих потребителей.