Глава 1 Основные сведения о системах электроснабжения 1. 1 Общие сведения В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок: • по производству электроэнергии – электрические станции; • по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии – электрические сети и подстанции; • по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах – приемники электроэнергии. Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электри ческаяэнергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и др. ) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразу ются в электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие электриче ские станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атом ные, ветряные и др. Приемником электроэнергии (электроприемником, токоприемником) называется элек трическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в энергию элек тростатического и электромагнитного поля. По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зави симостиот вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохи мические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, устройства контроля и ис пытания изделий (рентгеновские аппараты, установки
ультразвука и т. д. ). Электроприемники характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др. Совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предпри ятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, на зывается электропотребителем. Совокупность электрических станций, линий электропередачи, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных общим и непрерывным процессом выработки, преобразова ния, распределения тепловой и электрической энергии, называется энергетической системой. Единая энергетическая система (ЕЭС) объединяет энергетические системы отдельных районов, соединяя их линиями электропередачи (ЛЭП). Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных уст ройств, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называют электроэнергетической системой.
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и рас пределения электроэнергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств, соеди ненных линиями электропередачи, и работающая на определенной территории. Электрическая сеть объекта электроснабжения, называемая системой электроснабже ния объекта, является продолжением электрической системы. Система электроснабжения объекта объединяет понижающие и преобразовательные подстанции, распределительные пункты, электроприемники и ЛЭП. Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции – электроустановке, состоящей из трансформаторов или иных преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств. Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на распределительных подстанциях (РП).
Электрические сети подразделяют по следующим признакам. 1. Напряжение сети. Сети могут быть напряжением до 1 к. В низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1 к. В высоковольтными, или высокого напряжения (ВН). 2. Род тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трехфазного переменного тока, что является наиболее це лесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. При большом числе однофазных приемников от трехфазных сетей осуществляются однофазные от ветвления. Принятая частота переменного тока в ЕЭС России равна 50 Гц. 3. Назначение. По характеру потребителей и от назначения территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электриче ского транспорта, сети в сельской местности. Кроме того, имеются районные сети, предназна ченные для соединения крупных электрических станций и подстанций на напряжении выше 35 к. В; сети межсистемных связей, предназначенные для соединения крупных электроэнергетиче ских систем на напряжении 330, 500 и 750 к. В. Кроме того, применяют понятия: питающие и распределительные сети.
4. Конструктивное выполнение сетей. Линии могут быть воздушными, кабельными и токопроводами. Подстанции могут быть открытыми и закрытыми. Для графического изображения электроэнергетических систем, а также отдельных эле ментов и связи между элементами используют общепринятые условные обозначения. На рис. 1. 1 показаны условные обозначения основных элементов электроэнергетической системы. Рис. 1. 1 Условные обозначения элементов электрической системы
Рис. 1. 2 Схема электрической системы.
Примерная схема относительно простой электроэнергетической системы приведена на рис. 1. 2. Здесь электрическая энергия, вырабатываемая на двух электростанциях различных ти пов: тепловой электростанции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), подводится к потребите лям, удаленным друг от друга. Для того чтобы передать электроэнергию на расстояние, ее предварительно преобразовывают, повышая напряжение трансформаторами. У мест потреб ления электроэнергии напряжение понижают до нужной величины. Из схемы можно понять, что электроэнергия передается по воздушным линиям. Схема, приведенная на рис. 1. 2, пред ставленав однолинейном изображении. В действительности элементы системы, работающие на переменном токе, имеют трехфазное исполнение. Однако для выявления структуры системы и анализа ее работы нет необходимости в ее трехфазном изображении, вполне достаточно вос пользоватьсяее однолинейным изображением.
1. 2 Электрические параметры электроэнергетических систем При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов. Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффи циенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э. д. с. ) ис точников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты. Под режимом сети понимается ее электрическое состояние. Рассмотрим возможные режимы работы электрических систем.
При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы электростанций и сетей и удержание основных параметров в пределах допустимых норм. Отметим, что нормальным считается режим и при включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также для резкопеременных (ударных) нагрузок. В этих случаях после за вершения переходного процесса, который продолжается доли секунды, вновь наступает ус тановившийся нормальный режим, когда значения параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых пределах.
В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких измене ниях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении повреж денных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т. д. Во время ава рийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.
Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей. Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.
1. 3 Напряжения электрических сетей Электрическое оборудование, применяемое в электрических системах, характеризуется номинальным напряжением. При номинальном напряжении электроустановки работают в нормальном и экономичном режимах. Номинальное напряжение сети совпадает с номинальным напряжением ее приемников. Первичные обмотки трансформаторов (независимо от того, повышающие они или понижающие) играют роль потребителей электроэнергии, поэтому их номинальное напряжение при нимают равным номинальному напряжению электроприемников. Генераторы электрических станций и вторичные обмотки трансформаторов находятся в начале питаемой ими сети, поэтому их напряжения должны быть выше номинального напряжения приемников на величину потерь напряжения в сети. Обычно принимают номинальное напряжение вторичных обмоток трансформатора на 5 или 10% выше номинального для электроприемников и сети.
ЛЭП, предназначенные для распределения электроэнергии между отдельными потребителями в некотором районе и для связи энергосистем, могут выполняться как на большие, так и на малые расстояния и предназначаться для передачи мощностей различных величин. Для дальних передач большое значение имеет пропускная способность, т. е. та наибольшая мощность, которую можно передавать по ЛЭП с учетом всех ограничивающих факторов. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближенно считать, что та максимальная мощность, которую они могут передать, примерно пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна длине передачи. Стоимость сооружения можно принять пропорциональной величине напряжения. Поэтому в развитии передач электроэнергии на расстояние наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству увеличения пропускной способности. Со времени создания первых ЛЭП напряжение повышалось в 1, 5. . . 2 раза примерно каждые 15. . . 20 лет. Рост напряжения давал возможность увеличивать протяженности ЛЭП и передаваемые мощности.
В табл. 1. 1 приведены номинальные междуфазные (линейные) напряжения для трехфазных приемников электрической энергии, генераторов и трансформаторов. Номинальные напряжения электрических систем Номинальные напряжения Номинальные междуфазные напряжения на зажимах, к. В приемников и сети, к. В генераторов трансформаторов Первичные обмотки Вторичные обмотки 0, 22 0, 23 0, 38 0, 4 0, 66 0, 69 (3) (3, 15) 6 6, 3 6 и 6, 3* 6, 3 и 6, 6 10 10, 5 10 и 10, 5* 10, 5 и 11 20 21 20 и 21* 22 35 — 35 38, 5 110 — 110 115 и 121 (150) — (150) (158) 220 — 220 230 и 240 330 — 330 347 500 — 750 —
Примечания: 1. Напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются. 2. Знаком * отмечены напряжения трансформаторов, присоединяемых непосредственно к шинам генера торного напряжения электрических станций или к выводам генераторов. 1. 4. Классификация приемников электрической энергии и их общие характеристики. Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии потребляется промышленными предприятиями. Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы: Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.
Приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок. Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить: 1) требования, предъявляемые действующими Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1 я, 2 я и 3 я категории); 2) режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно кратковременный); 3) места расположения приемников электроэнергии и являются ли они стационарными или передвижными. В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели генераторы и механические выпрямители.
![Согласно ПУЭ [37] электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки](https://present5.com/presentation/1/74928452_139342390.pdf-img/74928452_139342390.pdf-18.jpg "Согласно ПУЭ [37] электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки")
Согласно ПУЭ [37] электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Электротехнические установки напряжением до 1000 В выполняются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока — с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой. Электрические установки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях по безопасности (торфяные разработки, угольные шахты и т. п. ) при условии, что в этом случае обеспечиваются контроль изоляции сети и целость пробивных предохранителей, быстрое обнаружение персоналом замыканий на землю и быстрая ликвидация их либо автоматическое отключение участков с замыканием на землю.
В четырехпроводных сетях переменного тока или трехпроводных сетях постоянного тока для установок без повышенной опасности глухое заземление нейтрали обязательно. Электрические установки напряжением выше 1000 В делятся на установки: 1) с изолированной нейтралью (напряжения до 35 к. В); 2)с нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов (напряжения до 35 к. В и редко ПО к. В); 3) с глухо заземленной нейтралью (напряжение ПО к. В и выше). Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с большими токами замыкания на землю (более 500 А). По частоте тока приемники электроэнергии делятся на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 к. Гц), повышенной (до 10 к. Гц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами.
Большинство приемников использует электрическую энергию нормальной промышленной частоты. Установки высокой и повышенной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку и штамповку металлов, а также для плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например, электрические двигатели в текстильной промышленности производстве искусственного шелка (частота 133 Гц). Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т. е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.
Различают три характерные группы приемников: 1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п. 2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др. ), гидравлических затворов и т. п.
3. Приемники, работающие в режиме повторно кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.
Надежность (бесперебойность) питания. С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания, приемники электрической энергии делятся на три категории: 1 я категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства. 2 я категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным педоотпуском продукции, простоем людей, механизмов, промышленного транспорта. 3 я категория — приемники, не подходящие под определения 1 й и 2 й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного производства).
Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей. Приемники 1 й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания. Приемники 2 й категории могут иметь один два источника питания (решается конкретно в зависимости от значений, которое имеет данное промышленное предприятие в народном хозяйстве страны, и местных условий). Приемники 3 й категории, как правило, могут иметь один источник питания, но если по местным условиям можно обеспечить питание без существенных затрат и от второго источника, то применяется резервирование питания и для этой категории приемников.
Контрольные вопросы 1. Что понимается под электрической станцией? 2. Какие типы электростанций используют в РФ, и какова их роль в производстве электроэнергии? 3. Какие виды энергии вы знаете? 4. По каким признакам подразделяются электрические сети? 5. Перечислите параметры электрической системы? 6. Каковы режимы работы электрических систем? 7. На какие группы делятся приемники электрической энергии? 8. Почему электрические установки подразделяются на установки напряжением до 1 к. В и выше 1 к. В? 9. На какие категории делятся приемники электрической энергии и объясните почему? 10. Как влияют электрические станции на окружающую среду?
Скачать презентацию Глава 1 Основные сведения о системах электроснабжения 1
глава_1.pptx