Общая характеристика систем электроснабжения

Электроснабжением называется обеспечение потребителей электроэнергией. Под потребителями при этом подразумевают предприятии, организации, территориально обособленные цехи, стройплощадки и т.п. у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электроэнергию; приемниками электроэнергии считаются устройства, в которых происходит преобразование электроэнергии в другие виды энергии для её использования. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. Первые электростанции сооружались в городах для освещения и питания электрического транспорта, а также при фабриках и заводах. Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Рационально выполняемая современная система электроснабжения должна удовлетворять ряду требований: • экономичности и надёжности, • безопасности и удобства эксплуатации, • обеспечения надлежащего качества электроэнергии, • уровней напряжения, стабильности частоты и т.п. При построении систем электроснабжения учитывается ряд факторов, к числу которых относятся: • потребляемая мощность; • категория надёжности отдельных элементов, • графики нагрузок крупных потребителей, • характер нагрузок, • размещение электрических нагрузок на генеральном плане, • число и мощность подстанций и других пунктов потребление электроэнергии, • напряжение потребителей, • число, расположение, мощность, напряжение и другие параметры располагаемых источников питания и др. Вопросы рационального электроснабжения предприятий не должны решаться в отрыве от общей энергетики данного района. Для всех отраслей данного района должна быть единая энергетическая сеть. Предприятие является потребителем электроэнергии (абонентом) а система электроснабжения это совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения его электрической энергией. Основными характеристиками СЭС являются: - качественные характеристики; - количественные характеристики; - условия функционирования. При проектировании на основании исходных данных – количественных характеристик и условий эксплуатации, необходимо обеспечить качественные характеристики СЭС. Качественные характеристики СЭС – определяют работоспособность системы и характеризуются структурой и свойствами СЭС, а также условиями ее эксплуатации. Качественные характеристики в основном определяются требованиями к СЭС. Количественные характеристики СЭС определяются количественными характеристиками ЭП их территориальным размещением и, как следствие, структурой СЭС. Условия функционирования СЭС определяются влиянием условий окружающей природной среды, технико-технологическими и организационно-экономическими условиями. В процессе эксплуатации СЭС необходимо рассматривать три возможных режима ее работы. Нормальный режим СЭС – установившийся режим работы системы, при котором обеспечивается бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в необходимом количестве и установленного качества и продолжающийся как угодно долго. Аварийный режим СЭС – кратковременный переходный режим, связанный с нарушением нормального режима и продолжающийся до отключения поврежденного элемента системы. Послеаварийный режим СЭС – режим, в котором находится система в результате нарушения, и длящийся до восстановления нормального режима после локализации отказа. Упрощенная структура систем электроснабжения Электроснабжение – обеспечение потребителей электрической энергией. Система электроснабжения (СЭС) – совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией [1]. Границы СЭС определены вниз от границы раздела потребитель - энергоснабжающая организация (граница балансовой принадлежности) до индивидуального электроприемника. Упрощенная схема электроснабжения объекта включает: источник питания (ИП); линии электропередачи (ЛЭП), осуществляющих транспорт электрической энергии от ИП к предприятию; пункта приема электрической энергии (ППЭ); распределительные сети; приемники электрической энергии (ЭП). На рис. 1 представлена упрощенная структура электроснабжения объекта. Рисунок 1 Структура электроснабжения объекта Систему электроснабжения предприятия можно условно разбить на 3 части: систему питания, систему распределения и систему потребления. В качестве ИП могут быть: - электрическая станция или подстанция энергосистемы; - электрическая станция предприятия. Собственная электростанция на предприятии строится в следующих случаях: - при большом потреблении тепла; - при размещении предприятия в удаленных районах, имеющих слабые электрические связи с энергосистемой; - при наличии специальных требований к надежности электроснабжения; При выборе ИП необходимо учитывать следующие факторы: - признаки качества электроснабжения (надежность, напряжение, частота и допустимые пределы их отклонения); - величину мощности и напряжения питания потребителей. В качестве ППЭ может быть: - подстанция глубокого ввода (ПГВ), служит, как правило, для питания локального объекта или мощного обособленного производства предприятия и находится в центре электрических нагрузок объекта (производства). - главная понизительная подстанция (ГПП), служит для питания нескольких потребителей (объектов). Схемы с одним ППЭ следует применять при отсутствии специальных требований к надежности питания ЭП и компактном их расположении на территории предприятия. Схемы с двумя и более ППЭ следует применять: - при наличии специальных требований к надежности электроснабжения; - при наличии на предприятиях двух и более относительно мощных обособленных групп потребителей; -во всех случаях, когда применение нескольких ППЭ целесообразно по экономическим соображениям; - при поэтапном развитии предприятия, когда для питания вновь вводимых мощных узлов нагрузок в будущем целесообразно сооружение отдельного ППЭ. Питание ППЭ при наличии ЭП первой категории осуществляется от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При этом питание ППЭ осуществляется по двум одноцепным воздушным линиям или по двум кабельным линиям, проложенным по разным трассам [2]. При выходе из строя одной линии оставшаяся в работе должна обеспечить питание всех ЭП первой категории, а также ЭП второй и третьей категорий, работа которых необходима для безаварийного функционирования основных производств технологического процесса предприятия. Основные требования, предъявляемые к СЭС Требования, предъявляемые к системе электроснабжения предприятий, в основном, зависят от характера электрических нагрузок, особенностей технологии производства, климатических условий, загрязненности окружающей среды и других факторов. Экономичность систем электроснабжения Система электроснабжения удовлетворяет требованиям экономичности если затраты на ее создание, эксплуатацию и развитие должны быть минимальны или минимальный срок окупаемости. Технико-экономические расчеты (ТЭР) выполняется по предприятию в целом, так как основные доходы поступают от реализации продукции основного производства. При выполнении учебных проектов экономические расчеты при проектировании СЭС предприятия ограничиваются сравнением технических решений. При сравнении вариантов необходимо, чтобы они были технически равноценны и экономически сопоставимы. При равенстве показателей вариантов или незначительной разнице (5-10 %) следует отдавать предпочтение тому варианту, у которого лучше качественные показатели, который более перспективен с точки зрения развития предприятия (например, с более гибкой и удобной в эксплуатации схемой, новейшим оборудованием и т.п.). Надежность электроснабжения потребителей Надежность любой системы – это ее свойство выполнять заданные функции в заданном объеме и требуемого качества при определенных условиях функционирования. Применительно к СЭС одной из основных функций является бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в необходимом количестве и установленного качества. Надежность является сложным комплексным свойством и в зависимости от назначения объекта и условий функционирования может включать ряд единичных свойств (отдельно или в сочетании), основными из которых являются: сохраняемость, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, режимная управляемость, устойчивость и живучесть. Для характеристики надежности объектов энергетики определяются основные показатели надежности: параметр потока отказов, время восстановления, и вспомогательные – частота ремонтов и их продолжительность. Показатели надежности определяются для узла нагрузки главной схемы СЭС с учетом режима работы СЭС (нормальный, аварийный, послеаварийный). Для определения оптимального уровня надежности электроснабжения потребителей необходимо знать величину ожидаемого годового ущерба при перерывах электроснабжения, который определяется особенностями технологического процесса с учетом частоты и длительности перерывов электроснабжения. Основные способы повышения надежности СЭС: - повышение надежности источников питания; - повышение надежности отдельных элементов СЭС; - уменьшение числа последовательно включенных элементов в СЭС; - усовершенствование релейной защиты и автоматики СЭС; - совершенствование системы технического обслуживания и ремонта электроустановок; - повышение квалификации обслуживающего персонала. Таким образом, повышение надежности СЭС является комплексной задачей, которая может быть решена на основе технологического и экономического анализа режимов СЭС, условий ее функционирования. Выполнение своих функций при определенных условиях Одним из основных условий функционирования электроустановок и СЭС в целом являются надежная работа при воздействии условий окружающей природной среды (погодно-климатические условия) и технико-технологических условий. Поэтому, при выборе элементов СЭС, необходимо учитывать: как климатические условия эксплуатации (макроклимат, включая загрязнение окружающей среды), так и технико-технологические условия эксплуатации (микроклимат: температура, влажность, запыленность, химически-агрессивные и пожаро-взрывоопасные зоны). Безопасность и удобство эксплуатации Безопасность СЭС – это свойство СЭС сохранять с некоторой вероятностью безопасное состояние при выполнении заданных функций в условиях, установленных нормативно-технической документацией (монтаж, эксплуатация и проведение ремонтных работ). Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от воздействия электрического тока, электромагнитного поля и статического электричества. Возможность дальнейшего развития На этапе проектирования СЭС должна, предусмотрена возможность ее реконструкции, при развитии производства предприятия, без значительных капитальных затрат. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются: • сети высоких напряжений, • распределительные сети, • а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. В случае среднего или крупного предприятия система электроснабжения чаще всего состоит из следующих функциональных частей: 1) установки приёма электроэнергии от энергосистемы главных понизительных подстанций; электроэнергия принимается обычно в зависимости от мощности предприятия на напряжение от 10 до 220 кВ и трансформируется на напряжение, удобное для распределения энергии на территории предприятия, если энергия принимается и распределяется на одном и том же напряжении, то вместо ГПП сооружается главный распределительный пункт (ГРП), часто совмещённый с какой – либо цеховой подстанцией; 2) распределительной сети высокого напряжения (ВН) предприятия, номинальное напряжение такой сети обычно находится в пределах от 6 до 35 кВ, но не исключается применение и других напряжений; в состав этой сети могут входить предназначенные для питания электроприёмников ВН распределительные пункты; электроприёмники ВН могут, однако, питаться и от РУ ВН цеховых подстанций; 3) подключаемых к распределительной сети цеховых трансформаторных и преобразовательных подстанций (ЦП); 4) подключаемых к распределительной сети предприятия местных источников активной и реактивной электроэнергии (заводские э/ст, резервные и другие генераторные установки, конденсаторные батареи ВН и т.п); 5) цеховых сетей низкого напряжения с номинальным напряжением обычно 380 В, в сетях, к которым подключены крупные электроприемники , применяют также более высокое напряжение (660В), а в небольших установках может встречаться и напряжение 220В, не исключаются также цеховые сети ВН; 6) подключаемых к цеховым сетям местных источников активной и реактивной энергии (резервные генераторные установки, аккумуляторные и другие установки гарантированного бесперебойного электропитание, конденсаторные батареи НН). Такая структура СЭС представлена на рис. 1. Рис. 1. При достаточной надежности электропитания со стороны энергосистемы и при отсутствии технико – экономической целесообразности производства электроэнергии на самом предприятии необходимость в местных источниках активной ЭЭ отпадает, и СЭС соответственно упрощается. Основной проблемой современных систем промышленного электроснабжения является оптимизации систем электроснабжения. Она включает в себя следующие важнейшие задачи: 1. выбор рационального числа трансформаций; 2. выбор рациональных напряжений; 3. выбор рационального размещения подстанций; 4. выбор рационального числа и мощности трансформаторов; 5. выбор рационального сечения проводов и жил кабелей; 6. выбор рациональных средств компенсации реактивной мощности и их размещение и др. Литература 1.1. Федоров А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. ЭАИ 1984. Стр 4-6 1.2. Ермилов А.А. Электроснабжение промышленных предприятий. М. Э 1990г стр. 1-9 1.3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок М.ВШ 1990 1.4. Ю. Л. Мукосеев Электроснабжение промышленных предприятий, М. Энергия стр. 1.5. Э. М. Ристхейн Электроснабжение промышленных установок, М. ЭАИ, 1991 1.6. А. А. Федоров, Э.М. Ристхейн Электроснабжение промышленных предприятий, М. Энергия, 1981 стр 4-23 1.7. А. А. Федоров Основы электроснабжения промышленных предприятий, М. Энергия. 1972 стр.5-10 Контрольные вопросы 1. Значение и роль систем электроснабжения 2. Какие проблемы имеются в СЭС? 3. Структура СЭС 4. Какие факторы учитываются при построении систем электроснабжения? 5. Основная проблема современных систем электроснабжения 6. Из каких функциональных частей состоит СЭС ? 7. Какими причинами обуславливается необходимость в производстве электроэнергии на фабрично-заводских электростанциях ?