Сети выше 1000 В с заземленной нейтралью

Автотрансформаторы всегда работают с глухозаземленной нейтралью.

Электрические сети 110 кВ и выше работают с глухозаземленной нейтралью

Нейтраль трансформаторов соединяется с заземляющим устройством через малое сопротивление (< 0,5 Ом).

Ввиду незначительного сопротивления контура замыкание на землю является коротким (КЗ) и сопровождается большими токами, которые отключаются устройствами релейной защиты.

Заземление нейтрали является одним из эффективных способов снижения перенапряжений.

Напряжения относительно земли неповрежденных фаз остаются равными фазному напряжению (уменьшение затрат на изоляцию).

5. Системы заземления в сетях переменного трехфазного тока напряжением до 1 кВ. (перечислить с кратким определением, без рисунков)

Режим работы нейтрали в электрических сетях до 1000 В определяется: безопасностью обслуживания сетей

Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» - комбинированный и раздельный.

T — заземление.

N — подключение к нейтрали.

I — изолирование.

C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.

S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя.

Система TN - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а доступные для прикосновения металлические части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

Существуют три разновидности системы TN:

q система TN-S в которой нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) работают раздельно; дорого (5 проводов)

q система TN-C в которой нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) объединены в один PEN проводник; опасно (утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода)

q система TN-C-S, при которой в части сети проводники N и PE объединены, а в части сети работают раздельно. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» - ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

q Система T T – система, в которой нейтраль источника имеет глухое заземление, а доступные для прикосновения металлические части электроустановки присоединяются к заземлителю, электрически независимому от заземлителя нейтрали источника.

q Система IT - система, в которой нейтраль источника изолированная, а доступные прикосновению металлические части (корпуса оборудования) заземлены.

6. Системы заземления IT в сетях переменного трехфазного тока. (определение, рисунок, понимать, что за элементы на нем изображены)

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT.

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Сегодня такая схема передачи электрического тока применима в:

q электроснабжении морских и речных транспортных судов;

q нефтедобычной отрасли, платформах для разработки месторождений в море;

q горнодобывающей отрасли.

7. Системы заземления TT в сетях переменного трехфазного тока. (определение, рисунок, понимать, что за элементы на нем изображены)

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями

В таких условиях, высока вероятность потери электрической связи между заземляющим устройством на подстанции с заземляющими цепями потребителя.

При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

 

8. Системы заземления TN - C в сетях переменного трехфазного тока. (определение, рисунок, понимать, что за элементы на нем изображены)

Заземление TN относится к системам с глухозаземленной нейтралью. Одной из его разновидностей является заземляющая система TN-C. В ней объединяются функциональный и защитный нулевые проводники. Классический вариант представлен традиционной четырехпроводной схемой, в которой имеется три фазных и один нулевой провод. В качестве основной шины заземления используется глухозаземленная нейтраль, соединяемая со всеми токопроводящими открытыми деталями и металлическими частями, с помощью дополнительных нулевых проводов.

Главным недостатком системы TN-C является потеря защитных качеств при отгорании или обрыве нулевого проводника. Это приводит к появлению напряжения, опасного для жизни, на всех поверхностях корпусов устройств и оборудования, где отсутствует изоляция. В системе TN-C нет защитного заземляющего проводника РЕ, поэтому у всех подключенных розеток заземление также отсутствует. В связи с этим для всего используемого электрооборудования требуется устройство зануления – подключение деталей корпуса к нулевому проводу.

В случае касания фазного провода открытых частей корпуса, произойдет короткое замыкание и срабатывание автоматического предохранителя. Быстрое аварийное отключение устраняет опасность возгорания или поражения людей электрическим током. Категорически запрещается использовать в ванных комнатах дополнительные контуры, уравнивающие потенциалы, в случае эксплуатации заземляющей системы TN-C.

9. Системы заземления TN - S в сетях переменного трехфазного тока. (определение, рисунок, понимать, что за элементы на нем изображены)

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

10. Системы заземления TN - C - S в сетях переменного трехфазного тока. (определение, рисунок, понимать, что за элементы на нем изображены)

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» - ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

 

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

11. Типы электрических станций. (определение электростанции, перечислить типы, охарактеризовать баланс установленной мощности электростанций в РФ)

Электрическая станция – совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

По типам:

1. Тепловые электростанции (ТЭС). Они делятся на конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ);

2. Гидравлические электростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие (ГАЭС);

3. Атомные электростанции (АЭС);

4. Дизельные электростанции (ДЭС);

5. ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ);

6. Солнечные электростанции (СЭС);

7. Ветровые электростанции (ВЭС);

8. Геотермальные электростанции (ГЕОТЭС);

9. Приливные электростанции (ПЭС).

Современный электроэнергетический комплекс России включает около 600 электростанций единичной мощностью свыше 5 МВт. Общая установленная мощность электростанций России составляет более 200 000 МВт.

Установленная мощность парка действующих электростанций по типам генерации имеет следующую структуру:

69% - тепловые электростанции;

12% - атомные электростанции;

19% - гидравлические электростанции.

Лидирующее положение тепловых станций является исторически сложившейся и экономически оправданной закономерностью развития российской энергетики.

12. Методы расчета электрических нагрузок. (цель расчета эл. нагрузок, перечислить методы, условия применение того или иного метода)

1. Метод коэффициента спроса

Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту спроса применяется, как правило, для группы ЭП, работающих в длительном режиме (ПВ=1). Данный метод наиболее прост и широко применяется при разработке технического задания на проектирование.

Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать номинальную мощность группы приемников (производства, цеха и т.п.), коэффициент спроса данной группы ЭП и значение коэффициента мощности данной группы.

2. Метод «максимальная мощность»

В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.

3. Метод удельных плотностей нагрузок

Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.

4. Метод технологического графика

Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.

5. Метод упорядоченных диаграмм

При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 — 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар.

13. Воздушная линия электропередачи. (определение, материал и конструкции опор, материал и конструкция проводов, шкала стандартных сечений проводов)

Воздушная линия (ВЛ) – электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние и состоящая из:

1. опор

2. проводов

3. изоляторов и арматуры

4. дополнительных элементов

 

Материал проводов:

1. алюминий
2. сплавы на основе алюминия
3. сталь (для прочности)

Конструкция проводов:

1. неизолированный (голый)
2. изолированный

Шкала стандартных сечений проводов ВЛ:

16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, … мм2.

 

Для ВЛ традиционно используются многопроволочные провода, свитые из отдельных проволок

А – алюминиевый для ВЛ напряжением до 1 кВ

АС – сталеалюминиевый (А/C≈6)

АСО – сталеалюминиевый облегченный (А/C ≈ 8)

АСУ сталеалюминиевый усиленный (А/C ≈ 4)

АСК, АСКС и АСКП – провод марки АС, но стальной сердечник изолирован полимерной лентой (АСК) или междупроволочное пространство стального сердечника заполнено нейтральной смазкой повышенной нагревостойкости (АСКС и АСКП).

Эти провода применяются на побережьях морей, соленых озер в промышленных районах и районах засолоненных песков, а также в прилегающих к ним районах с атмосферой воздуха типов II и III.

Атмосфера:

• тип I примерно соответствует атмосфере сельской, лесной, горной местности вдали от промышленных объектов,

• тип II - атмосфере промышленных районов,

• тип III - морской.

14. Деревянные и композитные опоры воздушных ЛЭП. (сферы применения, преимущества и недостатки)

Для линий электропередач с высоким рабочим напряжением чаще всего используются опоры из железобетона и металла, в то время как для линий умеренного напряжения как в городской, так и в сельской местности наиболее рациональным является использование деревянных опор. Деревянные опоры в СНГ используются для рабочих линий электропередач с рабочим напряжением до 220/380 В, а в США — до 345 кВ.

Преимущества деревянных опор:

Отсутствие «эффекта домино». Тяжелая железобетонная опора, падая, увлекает за собой соседние опоры по всему анкерному пролету, а деревянная опора удерживается на натянутых проводах, что сокращает количество аварийных отключений на линиях.

Практически не подвержены абразивному износу. При транспортировке оцинкованных металлических опор каждую из них необходимо перевозить в отдельной упаковке, исключающей повреждение слоя цинка.

Больший уровень изоляции. Древесина обладает исключительными диэлектрическими свойствами, поэтому благодаря отсутствию токов утечки использование деревянных опор обеспечивает экономию электроэнергии при передаче ее на большое расстояние, позволяет снизить количество изоляторов, а также отказаться от использования на линиях 35-110 кВ грозозащитного троса.

Пожароустойчивость. Высокоэффективный пропитывающий состав не только препятствует гниению дерева, позволяя увеличить срок службы опоры, но и обладает пожароустойчивостью.

Вандалоустойчивость. Отсутствуют элементы, которые могут быть расхищены.

Большой срок службы. Срок службы опор, прошедших механическую обработку, исключающую появление трещин во время эксплуатации, а также пропитанных антисептиком, составляет более 50 лет!

Недостатки деревянных опор:

— Неизбежное гниение древесины со временем;

— Рабочая зона опор насыщена вредными веществами. Степень вредности определяется составом пропитывающих смесей и может достигать 4-го класса опасности;

— Брёвна необходимо подбирать по сбегу (конусности) и диаметру;

— Чтобы добиться высокого качества пропитки антисептическими составами и максимальной длительности срока эксплуатации требуется зимняя рубка (декабрь-март), а также атмосферная сушка брёвен под навесом перед пропиткой в течении 6 месяцев. На этот период также требуется дополнительная обработка поверхности брёвен, препятствующая поражению их биологическими агентами.

15. Многогранные металлические опоры воздушных ЛЭП. (сфера применения, преимущества и недостатки)

Область применения – для воздушных линий напряжением до 500 кВт

ММО выполнены из стоек в виде полых усеченных пирамид из стального листа с поперечным сечением в форме правильного многогранника. Секции стоек соединены между собой фланцевым или телескопическим соединениями.

Опоры изготавливаются с различными тех. характеристиками:

· Высота до 40 метров и более;

· Диаметр до 2 м;

· Толщина стенок от 3 мм до 12 мм;

· Форма сечения 8-24 грани;

· Конструкция: одно-, двух- и техсекционная.

Антикоррозионная защита выполняется при помощи горячего оцинкования.

Преимущества ММО:

- высокая прочность;

- Высокая надежность и долговечность по сравнению с железобетонными стойками;

- Повышенная устойчивость при гололедно-ветровых и коррозионных воздействиях;

- Высокая скорость сборки и установки;

- Высокая вандалоустойчивость.

Недостатки:

- Масса;

- Высокая стоимость.

16. Выбор сечений проводов воздушных линий. (описание, формула, перечислить проверки с описанием, но без формул)

Для воздушных линий электропередачи применяются многопроволочные, алюминиевые и сталеалюминиевые провода, а также провода из алюминиевых сплавов. Для ВЛ 35 кВ и выше применяют, как правило, сталеалюминиевые провода.

В соответствии с ПУЭ (правила устройства электроустановок) для ВЛ напряжением до 500 кВ включительно выбор сечения провода проводится по нормированным обобщенным показателям.

В качестве таких показателей используются нормированные значения экономической плотности тока j _э. Экономическая плотность тока соответствует минимальным затратам на сооружение и эксплуатацию линии.

Сечение провода F проектируемой ВЛ составляет: F = I _p / j _э, где I _p - расчетный ток линии.

 

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного сечения (16, 25, 25, 50, 70, 95, 120, … мм²)

Выбранные сечения проводов ВЛ должны удовлетворять ряду технических требований, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация линии.

Окончательный выбор сечения можно сделать только после проверки выполнения всех технических требований.

Метод экономической не учитывает ряд факторов, влияющих на стоимость ВЛ. Это, в частности, материал опор, напряжение и количество цепей ВЛ, ее географическое расположение, изменение экономических показателей (стоимости электроэнергии) в современных условиях.