Некоммерческое акционерное общество

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических станций, сетей  и систем

                           

 

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

 ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ. ЧАСТЬ 2

 

 

Конспект лекций

для студентов   специальности  5В071800 - Электроэнергетика,

5В081200 –   Энергообеспечение сельского хозяйства

 

 

Алматы 2013

Cоставители: В.Н. Сажин, Н.А. Генбач. Введение в специальность. Способы получения электроэнергии и ее распределение. Конспект лекций для специальностей 5В071800- Электроэнергетика, 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства.- Алматы: АУЭС, 2013,- 32 с.

 

        Даются общие понятия об электрических системах и электрических сетях. Рассмотрена роль электрических сетей и систем  в энергетическом хозяйстве, даны номинальные напряжения элементов электрических сетей, характеристика систем распределения электроэнергии. Даются конструктивные особенности элементов воздушных и кабельных линий, а также общие сведения о системах электроснабжения потребителей электроэнергии.

        Ил.-17, табл.- 1, библиогр. - 7 назв.

     

         Рецензент: канд. техн. наук, проф. кафедры ЭАПУ Ю.А. Цыба

 

         Печатается по  плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013г.

 

                       ©  НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г

Введение

       Дисциплина «Введение в специальность. Способы получения электроэнергии и ее распределение» знакомит студентов первого курса с их будущей специальностью – электроэнергетикой, ее значением в современном обществе, историей развития и влиянием ее на технический прогресс. От того, насколько заинтересуется студент будущей специальностью, в значительной степени зависит его последующая студенческая и даже инженерная биография. В процессе учебы студент получает не только представление о будущей специальности, но и определенные навыки работы в вузе. Эта общеэнергетическая дисциплина дает представление о всех разделах энергетики и их взаимосвязях, энергетических системах и основных, происходящих в них процессах преобразования, передачи и потребления электроэнергии, принципах работы и конструктивном исполнении энергетических установок, современном состоянии и перспективах развития энергетики.

         Конспект лекций состоит из 8 лекций, снабженных иллюстрациями, схемами.

В лекциях с 1 по 4 рассматриваются общие понятия об электрических системах и электрических сетях, роль электрических сетей и электроэнергетических систем в энергетическом хозяйстве, номинальные напряжения элементов электрических сетей, дается характеристика систем распределения электрической энергии.

 В лекциях 5,6  даются конструкции основных элементов воздушных линий, конструктивные особенности кабельных линий.

 В лекции 7 рассмотрены вопросы передачи электроэнергии на расстояние.

В лекции 8 рассмотрены основные сведения о системах электроснабжения, основные термины и определения, основные группы потребителей и требования к системам электроснабжения.

 

1 Лекция.  Общие понятия об электрических системах и электрических  сетях

 

          Содержание лекции: общие понятия об электрических системах и электрических сетях

           Цель лекции: основные термины и определения, особенности систем распределения электрической энергии.

 

1.1 Основные понятия, термины и определения

 

      Производство электроэнергии концентрируется преимущественно на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры потребления электроэнергии (промышленные предприятия, города, сельские районы и т.п.) удалены от ее источников на десятки, сотни километров и распределены на значительной территории.

Для характеристики системы передачи и распределения электроэнергии и всей структуры «генерация- передача- потребление» введем некоторые понятия, термины и определения.

Электроустановка – совокупность аппаратов, машин, оборудования и сооружений, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления электроэнергии. Электроустановки разделяют по величине напряжения до 1000 В (низковольтные) и выше 1000В (высоковольтные).

Электростанция – электроустановка, служащая для производства (генерации) электроэнергии в результате преобразования энергии, заключенной в природных энергоносителях (уголь, газ, вода и др.) при помощи турбо- и гидрогенераторов.

       Подстанция – электроустановка, предназначенная для приёма, преобра-зования (трансформации) и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов (автотрансформаторов) и других преобразователей ЭЭ, распределительных и вспомогательных устройств. В зависимости от назначения подстанции выполняются трансформаторными или преобразовательными  - выпрямительными, двигатель-генераторными и др. Подстанция может быть повышающей (повысительной), если преобразование величины напряжения переменного тока осуществляется с низшего напряжения на высшее (подстанции электростанций), и понижающей (понизительной) – в случае трансформации высшего напряжения на низшее (подстанции предприятий, городов и др.).

        Центр, источник электропитания – источник ЭЭ, на сборных шинах (зажимах) которого осуществляется автоматическое регулирование режима напряжения. Наряду с электростанциями это шины подстанции с трансформаторами, оснащёнными регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН), регулируемыми источниками реактивной мощности, линейными регуляторами и др.

 Распределительное устройство – электроустановка, входящая в состав любой подстанции; предназначена для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении (до 1000В и более). РУ содержат коммутационные аппараты, устройства управления, защиты, измерения и вспомогательные сооружения.

 Наряду с подстанциями электрическая энергия может распределяться на распределительных пунктах – устройствах, предназначенных для приёма и распределения ЭЭ на одном напряжении (без трансформации) и не входящих в состав подстанции.

Линия электропередачи – электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии на расстояние с возможным промежуточным отбором. Линии выполняются воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов на промышленных предприятиях и электростанциях и внутренних проводок в зданиях и сооружениях.

Потребитель электроэнергии, электроприемник – аппарат, агрегат, механизм, потребляющий или преобразующий электроэнергию в другие виды энергии. К потребителям может быть отнесена совокупность электрических нагрузок (ЭН) (дом, посёлок, завод и т. д.), получающих электропитание с шин подстанций того или иного напряжения. В ряде случаев в качестве потребителей рассматривают подстанции, от которых осуществляется электроснабжение жилого района, промышленного предприятия и др. объектов.

        Элементами системы передачи и распределения электроэнергии являются: линии электропередачи различных конструкций и напряжений (W), устройства продольной и поперечной компенсации (КУ) параметров ЛЭП (установки про-дольной компенсации и шунтирующие реакторы); трансформаторные под-станции (силовые трансформаторы (Т) и автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольно-измерительные приборы и т. п.); источники реак-тивной мощности (ИРМ) (конденсаторные батареи, синхронные и статические тиристорные компенсаторы); устройства защиты и автоматики, т. е. ав-томатические регуляторы (АР), устройства релейной защиты (РЗ) и противо-аварийной автоматики (ПА), средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ).

      Электропередача – это линия с повышающей и понижающей подстан-циями, служащая для транзитной передачи электроэнергии от станции к кон-центрированному потребителю, получающему электроэнергию от шин низшего напряжения понижающей подстанции.

  Электрическая сеть – объединение преобразующих подстанций, рас-пределительных устройств, переключательных пунктов и соединяющих их линий электропередачи, предназначенных для передачи ЭЭ от электростанции к местам потребления и распределения её между потребителями. Электрическая сеть эквивалентна развитой высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропередача в узком смысле представляет собой электрическую сеть. Развитая электрическая сеть как по составу электроустановок, так и по функциональному назначению, образует систему передачи и распределения электроэнергии.

        Рисунок 1.1 - Взаимосвязь объектов, обеспечивающих производство, передачу, распределение и потребление электрической и тепловой энергии

 

        В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы передачи распределения электроэнергии не работают изолированно; они связывают (объединяют) большинство электрических станций в электроэнер-гетическую систему для совместной (параллельной) работы на общую элек-трическую нагрузку и централизованного снабжения электроэнергией всех потребителей.

      Электроэнергетическая (электрическая) система (ЭЭС) – совокупность электрической части электростанций, электрических сетей (сетей элек-тропередач) и потребителей электроэнергии (электроприёмников), а также устройств управления, регулирования и защиты, объединенных общностью режима и непрерывностью (одновременностью) процессов производства, передачи и потребления электрической энергии.

       Энергетическая система (энергосистема) – объединение электростан-ций, электрических и тепловых сетей (ТС) и ряда установок и устройств дляРпроизводства, передачи, распределения и потребления электрической и теп-ловой энергии. Установки и устройства: источники энергии – паровые котлы(ПК) или гидротехнические сооружения (ГТС), турбины (Т), генераторы (Г); нагрузки – потребители электрические (ЭН) и тепловые (ПТ) и др.

       Более широким, чем электрическая сеть, является понятие «система электроснабжения». Она объединяет все электроустановки, предназначенные для обеспечения потребителей электрической энергией. Из рисунка 1.1 ясно, что система электроснабжения эквивалентна (с учетом ЭП) электрической части энергетической системы – электроэнергетической системе.

         2 Лекция. Роль электрических сетей и электроэнергетических систем в энергетическом хозяйстве

 

Содержание лекции: задачи энергетики, назначение электрических сетей и электроэнергетических систем и их развитие.

Цель лекции: изучение роли электрических сетей и систем в энергетическом хозяйстве.

 

        Электрическая энергия является наиболее универсальным видом энергии. Она очень прочно и экономично может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, механическую, световую и т.д. Электрическая энергия находит значительное применение в устройствах автоматики, электроники и т.п., без которых невозможны аппараты и технические сооружения. Поэтому электрическая энергия широко используется во всех отраслях хозяйственной деятельности.

         Электрическая энергия производится на электростанциях и получается путем преобразования химической энергии топлива на тепловых электростанциях, энергии воды на гидроэлектростанциях, атомной энергии на атомных электростанциях.

 

2.1 Назначение электрических сетей и систем и их развитие

 

Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей. Электрические сети служат для присоединения электропотребителей и потребителей в целом к источникам питания.

Эта задача является достаточно сложной в связи с большим количеством электроприемников и значительной территорией, на которой они расположены.

Вторым назначением электрических сетей является передача электроэнергии от места ее выработки к месту потребления. Часто источники энергии расположены на значительном расстоянии от крупных заводов, населенных пунктов  и других центров потребления.

Развитие линий электропередачи обеспечивает объединение электростанций между собой и с потребителями, т.е. создание электроэнергетических систем.

Снабжение энергией потребителей от электроэнергетических систем имеет значительные технико-экономические преимущества перед снабжением потребителей непосредственно от отдельных станций. Это дает значительные экономические выгоды, увеличивает надежность и бесперебойность электроснабжения, облегчает создание необходимого резерва мощности.

Важными характерными свойствами электроэнергетических систем являются:

         1) Одновременность процессов производства, распределения и потребления электроэнергии (выработка электроэнергии жестко определяется ее потреблением и наоборот), причем преобразование и передача энергии происходит во всех элементах системы с потерями энергии. В связи с этим при характеристике работы систем необходимо учитывать, что:

а) снижение выработки энергии на электростанциях против требуемого значения из-за ремонта оборудования, аварий и других причин приводит к снижению количества энергии, отпускаемой потребителям, если нет источников, способных компенсировать это снижение (резерва мощности);

б) временное снижение потребления энергии потребителями из-за ремонта их оборудования, аварий и других причин при отсутствии в системе потребителей-регуляторов не дает возможности полностью использовать оборудование электростанций в этот период времени;

в) небаланс между суммарной мощностью, генерируемой на электростанциях, и суммарной мощностью, потребляемой в системе, не может существовать. При снижении мощности электростанций одновременно автоматически снижается потребляемая мощность и наоборот, но при этом обычно изменяется качество электроэнергии.

2) Быстрота протекания процессов, требующая специальных автоматических быстродействующих устройств, обеспечивающих качество энергии и надлежащее протекания переходных процессов в системе.

3) Связи функционирующих электроэнергетических систем со всеми отраслями народного хозяйства предопределяют необходимость своевременного развития систем, рост которых должен опережать рост потребления энергии.

Основными преимуществами электроэнергетических систем являются:

- возможность увеличения единичной мощности генераторов и электростанций. Это снижает стоимость 1 кВт установленной мощности, позволяет резко повысить производительность энергомашиностроительных заводов при тех же производственных площадях;

- значительное повышение надежности электроснабжения потребителей;

- повышение экономичности работы различных типов электростанций. При этом обеспечиваются наиболее эффективное использование гидроэлектростанций и наиболее экономичные режимы работы тепловых электростанций;

- снижение необходимой резервной мощности на электростанциях.

 

2.2 Учет условий работы электрических сетей

 

Линии электропередачи и оборудование электростанций и подстанций в период их работы могут повреждаться под влиянием различных воздействий, например атмосферных. В результате может возникать нарушение электроснабжения потребителей. При объединении электростанций на параллельную работу необходимо учитывать предельные значения мощностей, которые могут быть переданы по этим линиям. В случае превышения предельных значений может быть нарушена устойчивость параллельной работы электростанций, что также приведет к нарушению электроснабжения потребителей.

В связи с этим возникают дополнительные задачи:

- контроля за текущим режимом работы электроустановок;

- защиты их от повреждений;

- поддержания или регулирования режима в целях обеспечения наибольшей экономичности их работы.

Должны быть устройства противоаварийной автоматики, которые обнаруживают повреждения по изменениям параметров – напряжений, токов и т.п. и производят локализацию повреждений, например, отключают поврежденные участки. К этим устройствам защиты и автоматики предъявляются определенные требования.  Соответствующие требования предъявляются и к устройствам режимной автоматики для ведения режима – поддержания необходимого качества электроэнергии, наивыгоднейшего распределения нагрузок между электростанциями, наиболее экономичного режима работы электрических сетей.

Таким образом, с условиями работы электрических сетей связаны условия работы всех объектов, входящих в электрические системы и , в частности, электростанций. Условиями работы сетей определяются требования ко всем устройствам защиты и автоматики, а также требования к устройствам грозозащиты и защиты от коммутационных перенапряжений, которые возникают при отключениях и включениях элементов сети.

 

3 Лекция. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

 

        Содержание лекции: номинальные напряжения элементов электрических сетей.

         Цель лекции: изучение шкалы стандартных номинальных напряжений электрических сетей.

 

          Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением сети Uном , на которое рассчитывается её оборудование. Номинальное напряжение обеспечивает нормальную работу электропотребителей (ЭП), должно давать наибольший экономический эффект и определяется передаваемой активной мощностью и длиной линии электропередачи.

            ГОСТ 21128–75 введена шкала номинальных междуфазных напряжений электрических сетей и приёмников до 1000 В переменного тока: 220, 380, 660 В.

           ГОСТ 721–77 введена шкала номинальных междуфазных напряжений

электрических сетей переменного тока свыше 1000 В:

 

                 0,38, 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150.

 

           В таблице 3.1. представлена классификация электрических сетей, где показано деление на сети низшего (НН), среднего (СН), высшего (ВН), сверхвысокого (СВН).

 

   Т а б л и ц а 3.1 – Классификация электрических сетей

 

 

<1

3-35

110-220

        330-750

 

 

 

НН

 СН

      ВН

           СВН

     Охват территории

     Назначение

     Характер потребителей

 

Местные       Районные

      Распределительные

Коммунально-бытовые

Промышленные

Сельскохозяйственные

Региональные

Системообразующие

                -

                -

                -

         

         Для нормальной работы электропотребителей (электроприёмников) должно выполняться условие:

 

                                              

 

          Нагрузка ЭП не остаётся постоянной, а меняется в зависимости от изменения режима работы (например, в соответствии с ходом технологического процесса производства), поэтому напряжение в узлах сети постоянно отклоняется от номинального значения, что снижает качество электроэнергии и влечёт за собой убытки. Исследования показали, что для большинства электроприёмников устойчивая зона ограничена значениями отклонений напряжения δU = ±5%.

          Как правило, напряжение в начале линии больше напряжения в конце и отличается на величину потерь напряжения

 

                                                      

 

           Для приближения напряжения потребителя U1 к номинальному напряжению электрической сети и обеспечения качественной энергией номинальные напряжения генераторов  установлены ГОСТом на 5 % больше номинального напряжения сети

 

                                                  

 

         Так как первичные обмотки повышающих трансформаторов непосредственно подключены к зажимам генераторов, то их номинальные напряжения U1ном должны быть одинаковыми

 

                                                

 

           Первичные обмотки понижающих трансформаторов являются потребителями по отношению к сетям, от которых они питаются, поэтому должно выполняться условие

                                                    

 

           В последнее время промышленность выпускает понижающие трансформаторы напряжением 110–220 кВ с напряжением первичной обмотки на 5 % больше номинального напряжения сети

 

                                                   

 

 

                                    Рисунок 3.1 – Эпюра напряжения

 

         Вторичные обмотки как понижающих, так и повышающих трансфор-маторов являются источниками по отношению к питаемой ими сети. Номи-нальные напряжения вторичных обмоток U2ном имеют значения на 5–10 % больше номинального напряжения этой сети

 

                                           

 

         Это делается для того, чтобы компенсировать падение напряжения в питаемой сети. На рисунке 3.1 представлена эпюра напряжения, которая наглядно иллюстрирует вышесказанное.

 

4 Лекция. Характеристика систем  распределения  электрической  энергии

 

          Содержание лекции: характеристика систем распределения электрической энергии.

           Цель лекции: изучение характеристик распределительных электрических сетей.

 

         Назначение распределительных сетей – доставка электроэнергии непо-средственно потребителям напряжением 6–10 кВ, распределение электроэнергии между подстанциями 6–110/0,38–35 кВ района электропотребления, сбор мощности, производимой небольшими станциями (теплофикационными и гидравлическими), мощности которых составляют десятки, иногда сотни мегаватт.

ЦИЯ   Непрерывный рост во времени этих мощностей приводит к постоянному увеличению номинального напряжения распределительных сетей. Так, ещё до недавнего времени распределительные функции возлагались, главным образом, на сети 6–35 кВ электроснабжения отдельных групп потребителей. Назначение сетей 110 кВ заключалось в передаче (без промежуточных отборов) этих потоков до зон (территорий) их распределения.

          Систему распределения электроэнергии составляют сети напряжением 6– 220 кВ, включающие две-три ступени (уровня) напряжения с трансформациями 110 /35/6–10 кВ или 220/35/6–10 кВ. Уровень среднего напряжения (СН) соответствует напряжениям сетей 110– 220 кВ, питающимся от сетей высшего напряжения (ВН) 500 кВ системы передачи электроэнергии через трансформацию ВН/СН. Уровень низшего напряжения представлен сетями напряжением 6–35 кВ, питающимся от сетей СН с трансформацией СН/НН 110- 220/6–35 кВ или напрямую от сетей ВН с трансформациейВН/НН с напряжениями 220/6–35 кВ. Низковольтные сети 0,22–0,4 кВ также относятся к низшему уровню, образующемуся в результате дополнительной трансформации 6–35/0,22–0,4.

         Распределительные сети СН передают мощности в десятки мегаватт, сети НН доставляют мощности потребителям от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт. Низковольтные, или потребительские сети, питают непосредственно аппараты промышленного или бытового назначения. Нагрузки, питаемые этими сетями 0,22–0,38 кВ (за исключением промышленных), имеют мощности от долей киловатт до нескольких киловатт, в промышленных сетях 0,38–0,66 кВ передаваемая мощность составляет от нескольких десятков и реже до нескольких сотен киловатт.

          Распределительные сети могут выполняться разомкнутыми и замкнутыми.  При разомкнутой конфигурации – в виде радиальной (см. рисунок 4.1, а) и магистральной (см. рисунок 4.1, б) схем с одним центром питания (ЦП). При магистральной конфигурации сети затрачивается меньше проводников и коммутационной аппаратуры, чем при радиальном её исполнении. Кроме того, по причине меньшей суммарной протяжённости ВЛ уменьшается расход опор, изоляторов, линейной арматуры и др. Поэтому магистральные сети дешевле радиальных. Однако они менее надёжны, потому что отключение головного участка выводит из работы все электроприёмники, получающие питание по данной магистрали. Вместе с тем магистральные сети, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надёжность.

          Распределительные сети СН 110–220 кВ снабжают электроэнергией большие районы электропотребления, поэтому выполняются преимущественно резервированными, например, в виде радиально – магистральных схем с одним центром питания (см. рисунок 4.3). Причём нерезервированные разомкнутые схемы следует рассматривать как первую очередь сооружения (развития) ре-зервированной сети – при возможности их резервирования по сети СН или НН. Двойная радиально-магистральная сеть за счёт дублирования линии (на одних или разных опорах) обеспечивает резервирование питания потребителей (см. рисунок 4.2). Эта схема характеризуется равномерной загрузкой обеих линий, что соответствует минимуму потерь, не вызывает увеличения токов короткого замыкания в смежных участках сети, позволяет осуществлять чёткое ведение режима работы.

 

                                  

 

             а)                                                                                            б)

 а) – радиальная; б) – магистральная.

 

           Рисунок 4.1 - Разомкнутая нерезервированная конфигурация сети

ЛЕКЦИЯ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

         Преимуществами разомкнутых сетей является простая конфигурация схемы, низкая стоимость, минимальные затраты проводникового металла и оборудования. Отсутствие перегрузок в аварийных режимах позволяет вести расчёт и выбирать сечения проводов только по нормальному режиму работы.

         Две радиальные нерезервированные сети (см. рисунок 4.3), питающиеся от одного центра, при развитии за счёт подключения новых участков, удлиняющих магистрали (показано пунктиром), могут быть преобразованы в замкнутую сеть кольцевой конфигурации (петлевая схема), или в сеть с двумя источниками питания (см.рисунок 4.4, а), что позволяет резервировать питание потребителей.

 

                        

 

Рисунок 4.2 - Радиально-магистральная резервированная конфигурация схемы сети  

 

Рисунок 4.3 - Замкнутая кольцевая конфигурация сети с одним центром питания        

 

                           

                   а)                                                                       б)

                                                 а) – одинарная; б) – двойная.

 

           Рисунок 4.4 -  Конфигурация сети с двусторонним питанием

 

         Достоинством радиально-магистральной и кольцевой схем является не-зависимость потокораспределения от потоков сети ВН, отсутствие влияния токов коротких замыканий в прилегающих сетях, возможность присоединения подстанций по простейшим схемам.

   Широкое применение находят замкнутая одинарная или двойная сеть, опирающаяся на два ЦП (сеть с двусторонним питанием), что позволяет охватить значительную территорию между двумя источниками (см. рисунок 4.4, б). Одинарная сеть от двух ЦП может быть образована в результате развития (показано пунктиром) магистральных участков, подключенных к разным источникам (см. рисунок 4.4, а). Данная конфигурация применяется в сетях 110 кВ для электрификации сельской местности, а также в распределительных сетях 220 кВ, обеспечивая с наименьшими затратами максимальный охват территории.          

    Возможности данной конфигурации ограничиваются пропускной способностью головных участков, т. е. при отключении одного из них необходимо обеспечить электроснабжение всех подстанций сети; в зависимости от мощности трансформаторов ограничено количество подстанций. Двойная конфигурация (см. рисунок 4.4, б) обладает большей пропускной способностью, применяется в сетях 110 кВ систем электроснабжения городов, а также в сетях 110–220 кВ для электроснабжения протяжённых потребителей – электрифицируемых железных дорог и трубопроводов.

       

           

 

                        Рисунок 4.5- Сложно-замкнутая конфигурация сети

 

          Присоединение новых подстанций в ближайших пунктах с целью снижения суммарной длины линии по сравнению с присоединением по кратчайшему к источнику пути приводит к созданию сложно-замкнутых (многоконтурных) конфигураций, обладающих высокой надёжностью электроснабжения (см.рисунок 4.5). Расчёт, анализ режимов, защита замкнутых сетей, управление ими – задачи более сложные, чем для разомкнутых сетей. Сложно-замкнутые сети дороже радиально-магистральных; их использование выгодно только при большой стоимости перерывов электроснабжения, например,  системах электроснабжения больших городов.

 

              

 

          Рисунок 4.6 - Сложно-замкнутая конфигурация сети двух номинальных напряжений

 

          Распределительные сети НН 0,38–35 кВ выполняют преимущественно разомкнутыми радиальной и магистральной конфигурации, получающими питание от одного (см. рисунки 4.1, 4.2, 4.3) или двух центров (см. рисунки 4.4,  4.5). В отдельных случаях эти сети сооружаются как замкнутые (см. рисунки  4.3,  4.4, а), но эксплуатируемые в разомкнутом режиме (например, в городских сетях).

          Главная особенность распределительных сетей НН – их массовость. Количество трансформаторных пунктов, участков сетей достигает в пределах сетевого предприятия несколько сотен. Поэтому в этих сетях для изменения, улучшения режима напряжения используют простые недорогие устройства: трансформаторы без автоматического регулирования и преимущественно нерегулируемые конденсаторные батареи. Распределительные сети НН и особенно сети 0,38–10 кВ сильно разветвлённые, характеризуются большой суммарной протяжённостью.

                    

          5 Лекция. Конструкции основных элементов  воздушных линий электропередачи

 

        Содержание лекции: провода ВЛ и грозозащитные тросы, опоры  ВЛ, изоляторы и линейная арматура.

         Цель лекции: изучение конструктивных особенностей воздушных  линий электропередачи.

 

         5.1 Общие положения

 

    Воздушные линии электропередачи (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами являются провода, грозозащитные тросы, опоры, изоляторы и линейная арматура. Провода служат для передачи электроэнергии. Для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений в верхней части опор над проводами монтируют грозозащитные тросы.

   Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы предназначены для изоляции провода от опоры. Линейная арматура предназначена для крепления провода к изоляторам и изоляторов к опорам.

    Наибольшее распространение получили одно- и двухцепные ВЛ. Одна цепь трехфазной ВЛ состоит из проводов разных фаз.  Две цепи могут располагаться  на одной опоре.

 

    5.2  Провода ВЛ и грозозащитные тросы

 

           На ВЛ применяются преимущественно неизолированные (голые) провода. По конструктивному исполнению провода могут быть одно- и много-проволочными, полыми (см.рисунок 5.1). Однопроволочные, преимущественно стальные провода, используются ограниченно в низковольтных сетях. Для придания гибкости и большей механической прочности провода изготавливают многопроволочными из одного металла (алюминия или стали) и из двух металлов (комбинированные) – алюминия и стали. Сталь в проводе увеличивает механическую прочность.

          Исходя из условий механической прочности, алюминиевые провода марок А и АКП (см. рисунок 5.1) применяют на ВЛ напряжением до 35 кВ. Воздушные линии 6–35 кВ могут также выполняться сталеалюминиевыми проводами, а выше 35 кВ линии монтируются исключительно сталеалюминиевыми проводами.

 

 

                а) – однопроволочный;  б) - многопроволочный; в) – сталеалюминиевый;

                   г) – многопроволочный с наполнителем; д) – полый

                Рисунок 5.1-  Конструкции неизолированных проводов ВЛ

 

         Сталеалюминиевые провода имеют вокруг стального сердечника повивы из алюминиевых проволок. Площадь сечения стальной части обычно в 4–8 раз меньше алюминиевой, но сталь воспринимает около 30–40 % всей механической нагрузки; такие провода используются на линиях с длинными пролетами и на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда). В марке сталеалюминиевых проводов указывается сечение алюминиевой и стальной части, например, АС 70/11, а также данные об антикоррозийной защите, например, АСКС, АСКП– такие же провода, как и АС, но с заполнителем сердечника (С) или всего провода (П) антикоррозийной смазкой; АСК – такой же провод, как и АС, но с сердечником, покрытым полиэтиленовой плёнкой. Провода с антикоррозийной защитой применяются в районах, где воздух загрязнен примесями, действующими разрушающе на алюминий и сталь. Площади сечения проводов нормированы Государственным стандартом.                                                    

          Повышение диаметров проводов при неизменности расходования проводникового материала может осуществляться применением проводов с наполнителем из диэлектрика и полых проводов (см. рисунок 5.1, г, д).

 В настоящее время за рубежом широко применяются новые конструкции проводов. Это компактные провода серии AERO–Z (см. рисунок 5.2), а также высокотемпературные провода. Применение этих проводов дало следующие преимущества при их использовании:

      - увеличение пропускной способности существующих линий;

       - снижение механических нагрузок от пляски проводов, прикладываемых к опорам ЛЭП;

       - повышение коррозионной стойкости проводов и тросов;

       - снижение риска обрыва провода при частичном повреждении нескольких внешних проволок  из-за внешних воздействий, в том числе в результате удара молнии;

       - улучшение механических свойств  проводов при налипании снега или образования льда.

 

                                      1

            

                    Рисунок 5.2- Конструкция провода AERO–Z

 

5.3 Опоры ВЛ

 

    Опоры ВЛ делятся на анкерные и промежуточные. Эти опоры различаются способом подвески проводов. Промежуточные опоры служат для поддержания провода с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. Анкерные опоры предназначены  для натяжения проводов. Расстояние между промежуточными опорами называется промежуточным пролетом или просто пролетом, а расстояние между анкерными опорами – анкерным пролетом.

    Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках ВЛ: на пересечениях важных инженерных сооружений ( например, железных и автомобильных дорог), на концах ВЛ и на концах прямых ее участков. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных, и поэтому их число на каждой линии должно быть минимальным.

     В точках поворота линии устанавливают угловые опоры. Они могут быть анкерного или промежуточного типа.

    На ВЛ применяются специальные опоры следующих типов: транспозиционные – для изменения порядка расположения проводов на опорах; ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии; переходные – для пересечения рек, ущелей и т.д.

    По материалу опоры делятся на деревянные, металлические и железобетонные.

    Деревянные опоры применяются на ВЛ до 110 кВ включительно в основном в районах, богатых лесными ресурсами. Недостаток деревянных опор – подверженность древесины гниению и вследствие этого небольшой срок службы.

     Металлические опоры (стальные)  применяются на ВЛ 35 кВ и выше, обладают высокой механической прочностью и большим сроком службы (см. рисунок 5.3). Однако они требуют большого количества металла и регулярной окраски.        

    Железобетонные опоры (см.рисунок 5.4) применяются  для всех классов напряжений до 500 кВ включительно, долговечней деревянных, отсутствует коррозия деталей, просты в эксплуатации и поэтому получили широкое распространение. Они имеют меньшую стоимость, но обладают большой массой и относительной хрупкостью поверхности бетона, а также малую прочность на поперечный изгиб.  

                    

              

               а)                  б)                      в)                         г)

а) – промежуточная одноцепная башенного типа на 35–330 кВ; б) – промежуточная                  двухцепная башенного типа на 35–330 кВ; в) – промежуточная одноцепная на

    оттяжках на 110–330 кВ; г) – промежуточная свободностоящая (типа «рюмка»)

     на 500–750 кВ.

 

         Рисунок 5.3 -  Применение металлических опор на ВЛ и тип опор

 

          а)                         б)                             б)                              г)

 

а) – промежуточная 6–10 кВ;  б) – анкерно-угловая одноцепная на оттяжках на                                                                                                                     35–220 кВ; в) – промежуточная двухцепная на 110–220 кВ; г)– промежуточная

             одноцепная портальная на 330–500 кВ.

                                                                                                                                                                                                                                                            

           Рисунок 5.4 -  Применение железобетонных опор на ВЛ и тип опор  

 

    5.4  Изоляторы и линейная арматура

 

    Изоляторы изготавливаются из фарфора или закаленного стекла и бывают двух видов: штыревые – для линий до 1 кВ и 6 –35 кВ; на линиях 35 кВ они применяются редко – только для малых сечений; подвесные  - для линий 35 кВ и выше. Подвесные изоляторы собираются в поддерживающие провод гирлянды на промежуточных опорах, а натяжные  гирлянды – на анкерных опорах.

                         

                        Безымянный6

                                    а)                                  б)

          

                        а) - напряжением до 1 кВ; б) - напряжением 10 кВ 

 

                   Рисунок 5.5 - Штыревые фарфоровые изоляторы

                    

     В подвесных гирляндах провод только поддерживается с помощью зажимов, в натяжных – закрепляется наглухо. Натяжные гирлянды находятся в более тяжелых условиях, чем поддерживающие. Поэтому на линиях до 110 кВ число изоляторов принимается на один больше.

                    

                    Безымянный7                  

                                      а)                                      б)

                     

          Рисунок 5.6 - Подвесные изоляторы  ПФ (а) и ПС (б)

 

В последнее время в эксплуатации широко применяются длинностержневые изоляторы на основе высокопрочных стержней из стеклопластика с полимерным защитным покрытием (см. рисунок 5.6).

 

                        

 

а) – с тарелками из этиленпропиленовых мономеров; б – с развитой поверхностью

             из кремнийорганической резины; в) – с фторопластовым  защитным покрытием  стержня    и фторопластовыми тарелками.

Рисунок 5.7 – Полимерные изоляторы      

 

Современный полимерный изолятор представляет собой комбинированную конструкцию, части которой выполняют свои определенные функции. В качестве несущего компонента изолятора применяется однонаправленный стеклопластиковый стержень. Он состоит из десятков тысяч тончайших стеклянных волокон, соединенных вместе полимерным связующим составом и обладающих высокой механической прочностью. Для увеличения длины пути утечки тока по поверхности изолятора с целью обеспечения его надежной работы в условиях загрязненной атмосферы к стеклопластиковому стержню прикрепляются изолирующие тарелки. Тарелки закрепляются на оболочке, защищающей несущий стеклопластиковый стержень от всех видов коррозии, атмосферных и химических воздействий. Металлические оконцеватели, армируемые на концах несущего стержня изолятора, обеспечивают необходимую прочность и надежность изолятора. Такие изоляторы позволяют заменить целые гирлянды на ВЛ соответствующих классов напряжения и, таким образом, обеспечить надежность ВЛ. Масса полимерных изоляторов в 5 – 20 раз меньше массы соответствующих гирлянд тарелочных изоляторов. Это обеспечивает преимущества таких изоляторов при транспортировании, монтаже и эксплуатации ВЛ.

 

     6 Лекция. Основные сведения о конструкции кабельных линий

 

      Содержание лекции:   основные элементы силового кабеля.

          Цель лекции: изучение конструктивных особенностей элементов силовых   кабелей и их характеристик.

          

      Силовые кабели состоят из одной или нескольких токоведущих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от влаги, кислот и механических повреждений накладывают защитную оболочку и стальную ленточную броню с защитными покровами. Токоведущие жилы, как правило, изготавливаются из алюминия как однопроволочными  (сечением до 16 мм2), так и многопроволочными.

      Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токоведущие жилы. При прокладке кабелей на вертикальных и крутонаклонных трассах возможно перемещение пропитывающего состава вдоль кабеля. Поэтому для таких трасс изготавливаются кабели с обедненно-пропитанной изоляцией и с нестекающим пропитывающим составом. Изготавливаются также кабели с резиновой или полиэтиленовой изоляцией.

     Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для ее предохранения от влаги и воздуха, бывают свинцовыми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Рекомендуется широко использовать кабели в алюминиевой оболочке. Кабели в свинцовой оболочке предусмотрены для прокладки под водой, в угольных и сланцевых шахтах, в особо опасных коррозионно- активных средах. В остальных случаях выбор кабелей в свинцовой оболочке необходимо специально технически обосновать.

     Свинцовые, алюминиевые или поливинилхлоридные оболочки надо защитить от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают броню из стальных лент или проволок. Алюминиевая оболочка и стальная броня в свою очередь подлежат защите от коррозии и  химического воздействия. Для этого между оболочкой и броней, а также поверх брони накладывают внутренний и внешний защитные покровы. Внутренний защитный покров (или подушка под броней) – это джутовая прослойка из хлопчатобумажной пропитанной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги. Поверх этой бумаги накладывают еще две поливинилхлоридные ленты.  Наружный защитный покров  также из джута, пропитанного антикоррозийным составом. Для прокладки в туннелях и других местах, опасных в пожарном отношении, применяют специальные кабели с негорючими защитными покровами.

       На рисунке 6.1 показан трехжильный кабель 1 – 10 кВ с бумажной изоляцией.

                             

                                       Безымянный3     

       1 – алюминиевые токоведущие жилы; 2 – бумага, пропитанная   маслом (фазная изоляция ); 3- джутовые заполнители; 4 – бумага, пропитанная маслом (поясная изоляция); 5 – свинцовая или алюминиевая оболочка; 6 – прослойка из джута; 7 – стальная ленточная броня; 8 -  джутовый покров.

 

    Рисунок 6.1-Устройство трехжильного кабеля напряжением 1-10 кВ  с секторными жилами     

 

    Марки кабелей состоят из начальных букв слов, характеризующих их конструкцию. Первая буква А соответствует алюминиевым жилам. Оболочки кабелей обозначаются буквами: А – алюминиевая, С – свинцовая, В – поливинилхлоридная, Н – резиновая, наиритовая; П – полиэтиленовая; кабели с отдельно освинцованными жилами маркируются буквой О. Обозначения марок кабелей с различными бронированными защитными покровами отмечаются следующими буквами: Б – стальные ленты, П – плоские стальные оцинкованные проволоки, К -  такие же проволоки, но круглые.

    Рядом с маркой кабеля обычно указывают число и сечение токоведущих жил кабеля. Например,  ААБ 3х120 означает: кабель с алюминиевыми жилами  в алюминиевой оболочке, бронированный стальными лентами, с тремя жилами сечением 120 мм2.

    Газонаполненные кабели применяются при напряжении 10 – 110 кВ. Это освинцованные кабели с изолирующей бумагой, пропитанной относительно малым количеством компаунда. Кабель находится под небольшим избыточным давлением инертного газа (обычно азота), что значительно повышает изолирующие свойства бумаги. Постоянство давления обеспечивается тем, что утечки газа компенсируются непрерывной подпиткой.

     Кабели переменного тока напряжением 110 и 220 кВ изготавливаются маслонаполненными. Масло находится под давлением. В зависимости от этого отличают кабели среднего (для сетей 110 кВ) и высокого (для 220 кВ) давлений. Давление масла поддерживается баками давления, установленными по трассе линии. Давление масла предотвращает появление воздуха и его ионизацию, устраняя одну из основных причин пробоя. Для нахождения мест утечек масла кабели снабжаются сигнализацией давления масла.

В последнее время широко применяются в эксплуатации кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (см. рисунок 6.2).

 

                               Кабели силовые в изоляции из сшитого полиэтилена АПвБбШп                                      

 

1 – токопроводящая жила; 2 – изоляция из сшитого полиэтилена; 3 – поясная изоляция; 4 – скрепляющая лента из нетканного полотна; 5 – поясная изоляция из полиэтилена; 6 – броня из двух стальных лент; 7 – битум; 8 – обмотка из полиэтилентерефталатной пленки; 9 – оболочка из полиэтилена.

 

  Рисунок 6.2 – Конструкция кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

 

В настоящее время в промышленно развитых странах Европы и Америки практически 100% рынка силовых кабелей занимают кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Переход от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена связан со всё возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим параметрам кабелей. В этом отношении преимущества этих кабелей очевидны.

Рассмотрим некоторые из них:

- высокая пропускная способность;

- малый вес, меньший диаметр и радиус изгиба;

- низкая повреждаемость;

- полиэтиленовая изоляция обладает малой плотностью, малыми значениями относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь;

 - прокладка на сложных трассах;

 - монтаж без использования специального оборудования;

 - значительное снижение себестоимости прокладки.

Своими уникальными свойствами кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена обязаны применяемому изоляционному материалу. Полиэтилен в настоящее время является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при производстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления. Решением этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена.

 

    7 Лекция. Передача электроэнергии на расстояние

 

          Содержание лекции: передача энергии переменным и постоянным током на   расстояние.

 Цель лекции:  изучение возможностей передачи энергии переменным и постоянным током на расстояние.

 

7.1 Передача энергии переменным током

 

 Необходимость сооружения линий электропередачи объясняется выработкой электроэнергии в основном на крупных электростанциях, удаленных от потребителей относительно мелких приемников, распределенных на обширных территориях.

          Линии, 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 различных мощностей. Для дальних передач большое значение  имеет пропускная способность, т.е. та наибольшая мощность, которую можно передавать по линии с учетом всех ограничивающих факторов.

          Линии электропередачи относятся к категории ответственных сооружений, надежная работа которых обеспечивается применением различных компенсирующих устройств и установок автоматического регулирования и управления.

          Для воздушных линий переменного тока можно приближенно считать, что та максимальная мощность, которую они могут передать, примерно пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна длине передачи. Стоимость сооружения также приближенно можно принять пропорционально напряжению. Поэтому в развитии передач электрической энергии на расстоянии наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к основному средству повышения пропускной способности. Со времени создания первых линий электропередачи напряжение повышалось  в 1,5 – 2 раза примерно каждые 10 – 15 лет. Рост напряжения давал возможность увеличивать протяженности линий и передаваемые мощности. Так, в 20-е годы прошлого столетия электроэнергия передавалась на максимальные расстояния примерно 100 км, к 30-м годам эти расстояния увеличились до 400 км, а в 60-е годы длина линий достигла 1000-1200 км. В конце 70-х годов была сооружена линия напряжением 1150 кВ, длина которой примерно 2500 км.

          Повышение пропускной способности линий достигается в основном за счет увеличения напряжения, однако существенное значение имеет также изменение конструкции линий, введение различных дополнительных компенсирующих устройств, при которых влияние параметров, ограничивающих передаваемую мощность, оказывается уменьшенным. Например, на линиях напряжением 330 кВ и выше расщепляют провода в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников, при этом существенно улучшаются параметры линий (уменьшается ее реактивное сопротивление); применяют так называемую последовательную компенсацию – включение в линию конденсаторов и т.д.

7.2 Передача энергии постоянным током

 

Основными элементами передачи постоянного тока являются высоковольтные теристорные блоки, из которых собираются схемы преобразовательных подстанций. При передаче постоянным током выработка и потребление электроэнергии осуществляются на переменном токе. Чтобы увеличить напряжение в линии электропередачи, напряжение переменного тока на обеих подстанциях повышают с помощью обычных трансформаторов, вентильные обмотки которых последовательно включенные мосты. Это дает возможность увеличивать напряжение линии в зависимости от числа включенных мостов.

Передача постоянного тока может быть осуществлена по одной из систем: «полюс – земля», «два полюса – земля».

Цепью передачи постоянного тока считается система «два полюса – земля», полуцепью – «один полюс – земля»). По схеме «полюс – земля») выполняются маломощные передачи постоянного тока относительно невысокого напряжения. По схеме «два полюса – земля» выполняются более мощные передачи постоянного тока.

В передаче постоянного тока переменный ток на выпрямительной подстанции передающего конца линии преобразуется в постоянный ток, по линии передается постоянный ток и только активная мощность. На приемном конце постоянный ток вновь преобразуется в переменный (инвертируется), а в приемную систему поступает переменный ток. Выпрямительная и инверторная  подстанции потребляют при работе реактивную мощность из сети переменного тока на приемном и передающем концах.

В передаче энергии постоянным током высокого напряжения снимаются многие трудности, присущие линиям переменного тока: ограничение передаваемой мощности  по условиям устойчивости, необходимость синхронной работы связываемых энергосистем и др. Наряду с этим возникают трудности с сооружением и эксплуатацией преобразовательных подстанций, расположенных по концам передачи. В ряде случаев передача энергии постоянным током может дать значительный технико-экономический эффект, в особенности при сооружении мощных дальних питательных магистралей, связывающих энергосистемы.

Основные преимущества передачи постоянного тока по сравнению с передачей переменного тока:

 - удешевление и упрощение линии;

- большая надежность в связи с тем, что линия состоит из двух независимых полуцепей;

-   зависимость предела передаваемой мощности только от экономических соображений, но не от устойчивости, поскольку устойчивость передачи определяется в основном инвертором и не зависит от ее длины;

-  реализация несинхронной связи между передающей и приемной системами разных частот;

-    возможность использования земли в качестве обратного провода;

-   удешевление кабелей для преодоления больших водных пространств;

-    возможность работы от ГЭС при переменной скорости вращения генераторов, что дает более экономичное использование турбин по условию водотока;

-   уменьшение потерь на корону.

   Недостатки передачи постоянного тока:

-   ложность конструкции подстанций, состоящих из большого числа вентилей и другой аппаратуры;

-   трудности с равномерным распределением напряжения по отдельным элементам оборудования из-за наличия многих последовательных элементов;

-    искажение формы кривой напряжения и тока приемной и передающей сети из-за высших гармоник, которые генерируют преобразовательные установки при работе передачи;

-  неустойчивость инвертора при понижениях напряжения в приемной сети, особенно при несимметричных понижениях;

-    трудности отбора мощности, так как выключатель постоянного тока – весьма громоздкое и сложное сооружение;

-     более значительное влияние пыли, оседающей под воздействием постоянного напряжения на изоляторах воздушных линий и аппаратов;

- повышенная опасность появления на изоляторах частичных дуг, которые в условиях длительной эксплуатации могут привести к снижению разрядных напряжений внешней изоляции;

- ухудшение работы линейной  изоляции, особенно при плохой погоде, из-за увеличения токов утечки и неравномерного распределения постоянного напряжения по элементам подвесных и опорных изоляторов.

          Перечисленные технико-экономические показатели рассмотренных электропередач показывают, что каждая электропередача имеет достоинства и недостатки. В соответствии с этим при проектировании энергосистем, выборе типа передачи, разработке нового электрооборудования следует учитывать особенности каждой электропередачи и объективно устанавливать предпочтительную область ее применения.

 

   8 Лекция. Основные сведения о системах электроснабжения

  Содержание лекции: потребители электрической энергии, требования, предъявляемые к системам электроснабжения.

  Цель лекции: характеристика потребителей электроэнергии, изучение требований, предъявляемых к системам электроснабжения.

   8.1 Основные термины и определения

  Электроснабжением называют обеспечение потребителей электро-энергией, системой электроснабжения – совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Система электроснабжения может быть определена и как совокупность взаимосвязаных электроустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия (организации).ЭНЕРГИИ

  Потребитель – предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, квартира, у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электрическую энергию.

  Приемник электроэнергии – устройство (аппарат, агрегат, установка, механизм), в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии (или в электрическую, но с другими параметрами) для ее использования.

  Система электроснабжения общего назначения – совокупность электроустановок и электрических устройств энергоснабжающей организации, предназначенных для обеспечения электрической энергией различных потребителей.

 

  8.2   Основные группы потребителей электрической энергии

 

   В зависимости от выполняемых функций, возможностей обеспечения схемы питания от энергосистемы, величины и режимов потребления электроэнергии и мощности, особенностей правил пользования электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие основные группы:

   - промышленные и приравненные к ним;

   - коммунально-бытовые;

   - электрифицированный транспорт;

   - производственные сельскохозяйственные.

   Промышленные предприятия потребляют от 30 до 70% электроэнергии. Значительный разброс промышленного  потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран; для индустриально развитых стран характерны количественные значения данного энергопотребления 50-70%. В данную группу входят предприятия машиностроения, черной и цветной металлургии, химической промышленности, стройматериалов и многих других производств.

 Суммарные установленные мощности электроприемников и соответствующие им электрические нагрузки промышленных предприятий изменяются весьма в широких пределах, ориентировочно от единиц мегаватт ( металлообработка, мелкое машиностроение и т.п.) до 300-500 МВт и более (крупное машиностроение, черная металлургия, электролиз алюминия и иных цветных металлов). Вместе с тем, для основной части предприятий характерны мощности в пределах 30-150 МВт.

 Электроснабжение коммунально- бытовых потребителей. К данной группе относится широкий круг зданий, расположенных в жилых районах городов и населенных пунктов. Это – жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п. Установленная мощность электроприемников в жилых и общественных зданиях ( в зависимости от типа, количества этажей и жилых секций) составляет от 100-200 кВт до единиц мегаватт.

 Основными типами современных электроприемников зданий данного назначения являются приборы электрического освещения, нагревательные приборы (плиты, отопление, горячая вода), холодильники и морозильники, кондиционеры воздуха и различные приборы электронного типа (аудио-видеотехника, и т.п.). Преобладание ламп накаливания в осветительных установках и электроприемников  нагревательного типа определяют высокие значения коэффициентов мощности на вводах в здания (0,9-0,95) в часы суточных максимумов нагрузок.

  Электроснабжение электрифицированного транспорта. Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие подстанции междугороднего электротранспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей электроэнергетических  систем. Соответственно подстанции городского электротранспорта (трамвай, троллейбус, метрополитен) располагаются на территориях городов и являются потребителями электроэнергии городских сетей. Понижающие подстанции междугороднего транспорта, питающиеся непосредственно от электрических сетей энергосистем, как правило, также располагаются на территории или вблизи населенных пунктов. Понижающие подстанции междугороднего электротранспорта питаются по сетям 35-110-220 кВ.

  Системы электроснабжения электрического транспорта должны иметь высокую надежность электроснабжения.

  Электроснабжение сельского хозяйства. Система электроснабжения сельского хозяйства включает питание электроэнергией всех потребителей, располагающихся на территории сельскохозяйственных районов. Это - электроснабжение всех видов сельскохозяйственных производств, а также комплексов коммунально-бытовых потребителей сельских населенных пунктов. Примерами потребителей электроэнергии в данной области являются животноводческие, птицеводческие, зернообрабатывающие комплексы, зерно- и овощехранилища, парниковые установки, а также жилые здания, медицинские, торговые, культурно-образовательные учреждения и т.п. Электрические нагрузки отдельных потребителей изменяются в весьма широких пределах: от единиц киловатт для малоэтажных зданий до единиц мегаватт для животноводческих и зернообрабатывающих комплексов.

  Питание электроэнергией сельскохозяйственных потребителей осуществляется преимущественно от подстанций 35-110 кВ.

           

     8.3 Основные требования к системам электроснабжения

 

    По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭэлектроприемники разделяют на три категории.

    К I категории относят электроприемники, перерыв в работе которых может представлять опасность для жизни людей, причинить значительный ущерб народному хозяйству, вызвать повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, нарушение сложного технологического процесса, функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

  Примеры электропотребителей I категории: котлы-утилизаторы, насосы водоснабжения и канализации, газоочистки, приводы вращающихся печей, печи с кипящим слоем, газораспределительные пункты, станы непрерывной прокатки, водоотлив, подъемные машины, вентиляторы главного проветривания, вентиляторы высокого давления и обжиговые, аварийное освещение.

   Из состава I категории выделяют особую группу электроприемников бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства в целях предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. В качестве примеров электроприемников особой группы для черной металлургии можно назвать электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей, газосмесительные станции воздухонагревателей, насосы испарительного охлаждения основных технологических установок.

    Во II категорию входят электроприемники, перерыв электроснабженикоторых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальнодеятельности значительного числа городских и сельских жителей.

   К III категории относят все остальные электроприемники, не подходя-щие под определения I и II категорий. Это главным образом различные вспо-могательные механизмы в основных цехах, цехи несерийного производства.

   Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в их электроснабжении при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания от другого (на время действия АВР).

   Независимым источником питания называется источник, на котором сохраняется регламентированное напряжение при исчезновении его на другом или других источниках питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении двух условий:

1) каждая из секций или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника;

2) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.

  Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электро-энергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.

   При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения ре-

зервного питания с помощью дежурного персонала или выездной оперативной бригады.ЛЕКЦИЯ 2 УРОВНИ (СТУПЕНИ) СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОС

  Для электроприемников III категории электроснабжение может быть от одного источника питания при условии, что перерывы, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не более одних суток.

    Главная понизительная подстанция считается одним источником, если питается по одной двухцепной линии, и двумя источниками, если питается по двум одноцепным линиям (на разных опорах) или по двум кабельным линиям, проложенным по разным трассам. ТЭЦ можно принять за несколько источников питания, если при выходе из строя генератора или при аварии на секции остальные секции (генераторы) продолжают работать.

   Отдельная трасса для кабельной линии – это отдельные (самостоятельные) траншея, блок, туннель (для последнего случая отдельной трассой можно назвать прокладку в трехстенном туннеле). Электроснабжение потребителей I категории должно осуществляться от двух независимых источников по отдельным трассам.

   Категории – одно из ключевых условий, определяющих схему электро-снабжения.

 

Список литературы 

 

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1989.

2. Электрические системы: Электрические сети /Под ред. В.А. Веникова.- М.: Высшая школа, 1997.

3. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях: Учеб. пособие для электроэнергетич. спец/ Под ред. В.А. Строева.- М.: Высш. шк., 1999.

4. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети: Учебное пособие для электроэнергетических спец. вузов. – СПб.: Издательство Сизова М.П., 2001.                        

5. Герасименко А.А. Передача и распределение электроэнергии: Учеб. пособие. – Ростов-на Дону: Феникс, 2006.

6. Лыкин А. В. Электрические системы и сети: Учебное пособие. – Новосибирск: НГТУ, 2008.

7. Соколов С.Е, Сажин В.Н, Н.А. Генбач Н.А. Электрические сети и системы. Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2010.

 

Содержание

 

3

4

 

7

9

12

 

16

22

25

28

32

Введение                                                                                                                      

1 Лекция. Общие понятия об электрических системах и электрических сетях     

2 Лекция. Роль электрических сетей и электроэнергетических систем в

энергетическом хозяйстве                                                                                           

3 Лекция. Номинальные напряжения элементов электрических сетей                  

4 Лекция. Характеристика систем распределения электрической энергии          

5 Лекция. Конструкции основных элементов воздушных линий

электропередачи                                                                                                          

6 Лекция. Основные сведения о конструкции кабельных линий                           

7 Лекция. Передача электроэнергии на расстояние                                                 

8 Лекция. Основные сведения о системах электроснабжения                                

Список литературы                                                                                                      

 

 Св. план 2013 г поз. 231