Общая характеристика и классификация электрических сетей

Части электрической системы, состоящие из подстанций и ЛЭП, называют э л е к т р и ч е с к и м и с е т я м и. Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от места ее производства к местам потребления и распределения между потребителями.

По роду переменного тока различают электросети п о с т о я н н о г о и п е р е м е н н о г о тока. Основным видом электросетей являются сети трехфазного переменного тока.

По напряжению электросети, как и все электроустановки, в соответствии с ПУЭ разделяют на сети напряжением до 1000 В и сети напряжением выше 1000 В или условно на электросети низкого и высокого напряжений.

По конфигурации электросети подразделяются на р а з о м к н у т ы е и з а м к н у т ы е.

По назначению электросети делят на п и т а ю щ и е и   р а с п р е д е л и т е л ь н ы е. Распределительные сети (рис.1.5,а) служат для непосредственного питания электроприемников: электродвигателей, трансформаторов и т.п.

Питающие сети (рис.1.5,б) предназначены для передачи электроэнергии на распределительные подстанции (РП), от которых питаются распределительные сети. Напряжение питающей и распределительной сетей одинаковое. В ряде случаев четко разделить электросеть на питающую и распределительную бывает затруднительно.

По району обслуживания различают м е с т н ы е и р а й о н н ы е электросети.

Местными электросетями (рис.1.6) обычно называют электросети напряжением до 35 кВ включительно, питающие потребителей электроэнергии в радиусе не более 15-30 км при передаваемой мощности по одноцепной линии до 10-15 МВА (промышленные, городские, сельские электросети).

Районными электросетями являются сети напряжением 35-110 кВ и выше, которые состоят из линии электропередачи, связывающих районные подстанции.

 

 

 5.Напряжения электрических сетей

Электрооборудование для всех электроустановок изготавливают на вполне определенные напряжения, установленные государственным стандартом (ГОСТ, табл. 1.1). В соответствии с этим ГОСТом выбирают и напряжение линий электрических сетей.

Номинальным  напряжением Uн      приемников электроэнергии, генераторов и трансформаторов называется то напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы.

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напря­жением приемников электроэнергии, которые от нее питаются. В действительности же электроприемники работают при напряжении, несколько отличающемся от номинального ввиду того, что при нагрузке в линиях сетей имеют место потери напряжения (рис. 1.7).

 

 

Таблица 1.1

 

Номинальные напряжения приемников электроэнергии и сетей		Номинальные линейные напряжения на зажимах
линейное	фазное	генераторов	трансформаторов
			у первичных обмоток	у вторичных обмоток
1	2	3	4	5
В вольтах
220	127	230	220	230
380	220	400	380	400
660	380	690	660	690
В киловольтах
(3)	-	(3,15)	(3 и 3,15)	(3,15 и 3,3)
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	21 и 22
35	-	-	35	38,5
110	-	-	110	121
(150)	-	-	(150)	(165)
220	-	-	220	242
330	-	-	330	347
500	-	-	500	525
750	-	-	750	787
1150	-	-	1150	1200

Примечание. Напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются.

При нормальном режиме работа сети подводимое к элактроприемникам напряжение не должно отличаться от номинального напряжения Uн      больше чем на 5%. Это значит, что U1 - напряжение в начале линии с распределенной по ее длине нагрузкой - не должно превышать Uн более чем на 5%, а U2 - напряжение в конце линии - не должно быть ниже Uнбольше чем на 5%. За номинальное напряжение сети принимают ее среднее напряжение:

Uн=(U1+U2)/2

Н о м и н а л ь н о е н а п р я ж е н и е г е н е р а т о р о в по условиям компенсации потери напряжения в сети принимают на 5% больше номинального напряжения сети.

  Н о м и н а л ь н о е н а п р я ж е н и е т р а н с ф о р м а т о р о в устанавливается для первичных и вторичных обмоток при холостом ходе. Первичная обмотка трансформатора является   приемником электрической энергии и поэтому для повышающих трансформаторов ее номинальное напряжение равно номинальному напряжению генераторов, а для понижающих - номинальному напряжению сети.

Напряжение вторичных обмоток трансформаторов, питающих сеть того илииного напряжения, при нагрузке должно быть на 5% выше номинального напряжения соответствующей сети. Но так как при наг­рузке будет иметь место потеря напряжения в самом трансформаторе, то номинальное напряжение (напряжение холостого хода) вторичных обмоток принимает на 10% выше номинального напряжения сети. Это относится ко всем трансформаторам, кроме трансформаторов малой мощности (6,3 МВА и ниже), для которых номинальное напряжение вторичных обмоток устанавливают на 5% выше номинального напряже­ния сети по причине небольшой протяженности питаемых ими сетей.

По номинальному напряжению электроустановки подраз­деляются на электроустановки до 1000 В и выше 1000 В.

 

 

Требования, предъявляемые к системе электроснабжения предприятия

 

Основными требованиями, которым должна удовлетворять любая система электроснабжения, являются надежность, высокое качество электроэнергии, безопасность и экономичность всех элементов системы.  

 

7.Надежность электроснабжения обеспечивается за счет рационального проектирования системы с учетом технических и экономических факторов и засчет высокого уровня ее эксплуатации.

В отношении требуемой надежности электроснабжения ПУЭ разделяют электроприемники промышленных предприятий на три категории.

1-я к а т е г о р и я - электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение обору­дования, массовый брак продукций, расстройство сложного технологи­ческого процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства (связь, водопровод и др.). В горной промышленности к этой категории относят: противопожарные насосные установки, водоотливные установки шахт и карьеров, вентиляторы главного проветривания опасных по газу рудников и угольных шахт, калориферные установки для районов страны с тяжелыми климатическими условиями (Крайний Север, Сибирь, Северо-Восток страны), подъемные установки, обслуживающие спуск и подъем людей и т.п.

Электроприемники 1-й категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, а перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания (АВР). Независимыми  и с точниками питания являются: две электростанции; две подстанция энергосистемы; две секции сборных шин электростанции или подстанции энергосистемы при условии, что каждая из сек­ций имеет питание от независимого источника и секция не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключаемую при нарушении нормальной работы одной из них.

Из состава электропотребителей 1-й категории выделяется особая группа, бесперебойная работа которой необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Для этой группы должно быть предусмотрено дополнительное питание от третьего взаимнорезервирующего источника питания.

2-я к а т е г о р и я - электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недовыпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушение нормальной жизнедеятельности значительного количества городских жителей. В горной промышленности к этой категории относят: скиповые подъемные установки, калориферные установки для районов страны без тяжелых климатических условий, вентиляторы на рудниках и шахтах, не опасных по газу и пыли, большинство добычных механизмов (добычные и проходческие комбайны, врубовые машины, электрические погрузочные машины, экскаваторы, буровые станки, конвейеры и т.д.).

Для электроприемников 2-й категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.

Возможно питание электроприемников 2-й категории по одной воздушной ЛЭП напряжением 6 кВ и выше. При питании электроприемников по кабелям допускается питание одной линией, но расщепленной не менее чем на два кабеля, присоединенных к источнику питания через самостоятельные разъединители.

При наличии централизованного резерва (резервного трансформатора на складе) можно питать электроприемники 2-й категории одним трансформатором.

3-я к а т е г о р и я - все остальные электроприемники, не подходящие под определения 1-й и 2-й категорий (электроприемники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольших поселков и т.п.). В горной промышленности к этой категории относят: все типы транспорта породы, механические мастерские, склады, администранивно-бытовые комбинаты, внутреннее освещение зданий, наружное освещение промплощадки и т.п.

для электроприемников 3-й категории разрешаются перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

ПУЭ регламентируют только порядок продолжительности перерывов электроснабжения и не ограничивают количества перерывов. Между тем надежность электроснабжения, безусловно, характеризуется двумя факторами.

С учетом этих факторов следует, что повышение надежности системы электроснабжения может быть достигнуто проведением следующих мероприятий:

снижением интенсивности отказов l, т.е. повышением надежности отдельных элементов системы электроснабжения, в том числе путем применения электрооборудования, соответствующего условиям работы данной электроустановки, систематического проведения планово-предупредительных и профилактических испытаний, ремонт электроустановок, а также систематического обучения и проверки знании облуживающего персонала;

сокращением количества элементов nв схемах электроснабжения путем упрощения схем;

сокращением длительности t _п аварийного перерыва в электроснабжении при каждом повреждении путей повышения качества обслуживания, резервирования и внедрения средств защиты и авто­матики.

 

8.Качество электроэнергии  у ее приемников при питания от сети тока характеризуется рядом показателей. Рассмотрим основные из них.

Отклонение напряжения от номинального, когда скорость изменения напряжения меньше 1% в секунду, определяют по формуле

 

V=U-Uн; V%=[(U-Uн)/Uн]*100%,

где U – фактическое значение напряжения, Uн – номинальное напряжение.

Для приборов рабочего освещения в призводственных помещениях и общественных зданиях, а также в прожекторных установках наружнего освещения допускаются отклонения напряжения в пределах от –2,5% до +5% номинального; для электродвигателей и пусковых аппаратов от –5% до +10%; для остальных электроприемников от –5% до +5%.

К о л е б а н и е н а п р я ж е н и я, когда скорость изменения напряжения равна или больше 1% в секунду, находят из выражения

 

Vt=U_макс-U_мин; Vt%=[(U_макс-U_мин)/U_Н]*100%.

Для осветительных ламп и радиоприборов допускаемые Vt в зависимости от частоты колебаний в единицу времени расчитывают по формуле

 

Vt=1+(6/n)=1+(Dt/10),

где n – число колебаний напряжения в час; Dt – средний за час интервал между колебаниями, мин.

Для отдельных электроустановок с резкопеременными нагрузками (например, электропривод одноковшевых экскаваторов) разрешаются колебания напряжения до 1,5% Uн при неограниченной их частоте.

Н е с и н у с о и д а л ь н о с т ь формы кривой напряжения на зажимах любого электроприемника длительно допустима, если коэффициент несинусоидальности не более 5 %.

На зажимах асинхронного двигателя возможна несинусоидальность кривой напряжения не более 5%, если с учетом других факторов (отклонения и несимметрии напряжения) нагрев двигателя не превышает допустимого (ГОСГ 13109-67).

Несимметрия трехфазной системы напряжений (абсо­лютная величина напряжения обратной последовательности основной частоты) длительно допустима на зажимах любого трехфазного электроприемника, если ее величина не превышает номинального фазно­го напряжения.

На зажимах асинхронного электродвигателя допускается несимметрия напряжения и более 2%, если с учетом других влияющих факторов (отклонения напряжения и несинусоидальности кривой напряжения) нагрев двигателя не превышает допустимого.

Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы, усредненное за 10 минут, возможно в пределах ± 0,1 Гц. Колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх отклонений частоты. Отклонения и колебания частоты обуславливаются режимами нагрузки энергетической системы в целом и при расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий, как правило, не рассматривается.

 

 

 9.Схемы электроснабжения горных предприятий

 

В соответствии с ПУЭ схемы электроснабжения должны выполняться исходя из следующих принципов:

максимального приближения высшего напряжения к электроустановкам путем устройства глубоких вводов с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов, сооружения подстанций вблизи центров нагрузки, сооружения цеховых подстанций и т.п.;

широкого использования сетевой противоаварийной автоматики (АПВ и АВР);

широкого применения наиболее простых и дешевых аппаратов (предохранителей, разъединителей, отделителей, выключателей нагрузки) там, где они соответствуют параметрам сети, обеспечивают чувствительность и избирательность действия.

Для приема электроэнергии от энергосистемы на территории горного предприятия сооружают: одну или несколько главных понизительных подстанций (ГПП), распределяющих электроэнергию на более низком напряжении;

один или несколько центральных распределительных пунктов (ЦРП), распределяющих электроэнергию на том же напряжении, при котором она поступает от энергосистемы.

ГПП и ЦРП, к которым присоединены потребители 1-й категории, должны получать питание от двух независимых источников.

Количество ГПП или ЦРП на горном предприятии определяют с учетом мощностей и взаимного расположения потребителей, а также напряжения, при которой электроэнергия может быть получена от энергосистемы.

Схемы электроснабжения горных предприятий разделяют на схемы внешнего электроснабжения (от энергосистемы до ГПП или ЦРП) и схемы внутреннего электроснабжения (от ГПП или ЦРП до электроустановок потребителей).

С х е м ы в н е ш н е г о э л е к т р о с н а б ж е н и я. Если собственная электростанция (ТЭЦ) находится непосредственно на промплощадке предприятия, а напряжение распределительной сети совпадает с напряжением генераторов станции, то потребители предприятия присоединяются непосредственно к шинам распределительного устройства электростанции, а удаленны потребители (насосные, жилые поселки, подсобные хозяйства) – через повышающие трансформаторы (рис.1.7).

 

 

При расположении собственной электростанции на расстоянии нескольких километров от промплощадки горного предприятия (например, в жилом поселке) электроснабжение потребителей осуществляют через ЦРП, расположенный в центре нагрузок предприятия (рис. 1.7, б).

Если горное предприятие находится на небольшом удалении (5-10 км) от районной подстанции (РП) энергосистемы, то электроснабжение потребителей осуществляют, как и в предыдущем случае, через ЦРП, расположенный на промплощадке предприятия, при напряжении 6-10 кВ (рис. 1.7, в).

Если районная подстанция энергосистемы удалена от горного предприятия на несколько десятков километров, внешнее электроснабжение предприятия предусматривают по двухцепной ЛЭП напряжением 35-220 кВ, а питание потребителей производят через ГПП 35/220/6-10 кВ (рис. 1.7, г). Следует отметить, что данный вариант наиболее характерен для систем внешнего электроснабжения горных предприятий.

При наличии друх источников питания (собственной электростанции и районной подстанции энергосистемы) возможны два варианта внешнего электроснабжения. В первом случае, когда собственная электростанция расположена в центре нагрузок предприятия, которое питается от энергосистемы напряжением 6-10 кВ, распределительное устройство ТЭЦ используют одновременно и как ЦРП предприятия (рис.1.7, д). Самостоятельное здание ЦРП сооружают только тогда, когда электростанция удалена от центра нагрузок предприятия.

Во втором случае, когда предприятие питается от энергосистемы напряжением 35-220 кВ, шины генераторного напряжения ТЭЦ по ЛЭП 6-10 кВ связывают с распредустройством 6-10 кВ ГПП предприятия, которую обычно, располагают в центре нагрузок (рис.1.7, е). Место расположения собственной электростанции предприятия диктуется другими условиями: расположением подъездных путей для обеспечения топливоснабжения, расположением источников водоснабжения и др.

На крупных горнодобывающих предприятиях, имеющих несколько ГПП или ЦРП, распределение электроэнергии между последними осуществляют по разомкнутым или замкнутым схемам.