Требования, предъявляемые к системам электроснабжения и электрическим сетям

Основные требования, предъявляемые к системам электроснабжения и электрическим сетям. Системы электроснабжения разделяют на систему внешнего электроснабжения и систему внутреннего электроснабжения. Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения выполняют с учетом особенностей режима работы потребителей, возможностей дальнейшего расширения производства, удобство обслуживание и. т. д. Электроснабжение промышленного объекта может осуществляться от собственной электростанции, от энергетической системы, а также от энергетической системы при наличии собственной электростанции работающей с ней параллельно. Ниже приводятся принципиальные схемы электроснабжения без указания на них соответствующей коммутационной аппаратуры, измерительной и защитной аппаратуры. Внешнее электроснабжение. а ). Питание от энергосистемы без собственных электростанций На рисунке (12.1) приведены основные характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий, питание которых производят только от энергосистемы. На рисунке (12.1 а) представлена схема радиального питания. Здесь напряжение сети внешнего электроснабжение совпадает с высшим напряжением сети на территории предприятия, благодаря чему не требуется трансформация для предприятия в целом. Такие схемы электроснабжения характерны при питании прежде всего на напряжениях 6,10 и 20 кВ. Рис. 12.2 (а) (б) 6-20 кВ 6-20кВ ГРП ТЭЦ 6-20кВ к ЦТП Рис.12.2 (в) 35-220кВ 10-20 к 10-20 кВ Рис. 12.2 (г) 35-220 кВ 10-20 кВ 20-35кВ Рис.12.1 (а) Система 10-20кВ Рис.9.1 (в) 35-220 кВ 10-20 кВ Рис 12.1. (г) Рис. 12.1.б. Рисунок (12.1.б) приведены схемы "глубокого ввода" 35 – 110 кВ и редко 220 кВ, когда напряжение от энергосистемы без трансформации вводят по схеме двойной транзитной сквозной магистрали на внутреннюю территорию предприятия. В этой схеме при напряжении 35кВ понижающие трансформаторы устанавливают непосредственно у зданий цехов и они имеют низшее напряжение 0,69-0,4кВ. Однако при напряжениях энергосистемы 110-220кВ непосредственная трансформация на 0,69- 0,4кВ для цеховых сетей оказывается обычно не целесообразной из-за сравнительно малой суммарной мощности потребителей отдельного цеха. В таких случаях может оказаться целесообразной промежуточная трансформация на напряжение 10-20кВ на нескольких промежуточных понизительных подстанциях каждая из которых должна питать свою группу цехов. В случаях крупных печных или специальных преобразовательных установок большой мощности может оказаться не целесообразным трансформировать напряжение 110 или 220кВ непосредственно на технологическое напряжение с установкой специальных понижающих трансформаторов у зданий цехов. На рисунке (12.1.в), приведена схема электроснабжения промышленного предприятие с наличием трансформации, осуществляемой вместе перехода от схемы внешнего к схеме внутреннего электроснабжения которая характерна для предприятия значительной мощности и большой территории. На рисунке (12.1.г) приведена схема при условии трансформации на две напряжения, что характерно для мощных предприятий, находящиеся на значительной расстоянии друг от друга. б). Питание от энергосистемы при наличии на промышленном предприятии собственной электростанции. На рисунке (9.2) приведены характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий при наличии на предприятии собственной электростанции на рисунке (12.2.а) дана схема для случая, когда место расположения электростанции совпадает с центром электрических нагрузок предприятия и питание предприятия от энергосистемы осуществляют на генераторном напряжении. На рисунке (12.2.б ) приведена схема для случая, когда электростанция находится в удалении от ЦЭН, но питание от системы происходит на генераторном напряжении. На рисунке (12.2.в) представлена схема для случая, когда питание от системы осуществляют на повышенном напряжении и распределение электроэнергии по территории предприятия происходит на генераторном напряжении. На рисунке (12.2.г) изображена схема, условия которой аналогичной схеме представленной на рисунке (12.2.в), но трансформации производят на два напряжения. В схемах на рисунке (12.1.б.г.), для питания от системы на напряжениях 35-220кВ могут применятся варианты, приведенные на рисунке (12.2.в.г). Схему на рисунке (12.3.а рекомендуют как более дешевую в исполнении и не менее надежную в эксплуатации, чем схема на рисунке (12.3.б) однако применение схемы (12.3. а.) возможно только для тех случаев, когда операцию по включению и отключению трансформаторов ежедневно не производят, так как соблюдают экономическую целесообразный режим их работы. Если отключение и включение происходит ежедневно, выбирают схему, представленную на рисунке (12.3.б) в) питание только от собственных электростанции Если собственная электростанция находится в непосредственной близости от цехов предприятия, а напряжения распределительной сети совпадает с напряжением генераторов электростанций, то распределение ЭЭ по предприятию осуществляется по схеме, изображенной на рис.(12.3). При этом близ лежащие цеховые трансформаторные подстанции непосредственно к шинам распределительного устройства электростанции, а удаленные потребители присоединят через указанные на рисунке трансформаторы Т1 и Т2 Внутреннее электроснабжение Схемы электроснабжения, обеспечивающие питание предприятия на его территории, из-за большой разветвленности, большого количества аппаратов должны быть значительно дешевле и надежнее, чем схемы внешнего электроснабжения. Это положение обеспечивается тем, что в зависимости от конкретных требований обеспечения питания приемников и потребителей применяют различные схемы питания. А) Схемы радиального питания Радиальными являются схемы, в которых электроэнергию от центра питания передают прямо к цеховой подстанции без ответвлений на пути для питания других потребителей. Такие схемы имеют значительное количество отключающей аппаратуры и число питающих линий. Исходя из этого можно сделать следующий вывод, что применять радиальной схемы следует только для питания мощных потребителей. На рисунке (12.4) Приведены характерные схемы радиального питания для систем внешнего и внутреннего электроснабжения промышленного предприятия. Схемы на рис. (12.4.а) предназначена для питания потребителей третьей категории или потребителей второй категории с пониженной ответственностью, где допустим перерыв в электроснабжении на срок 1-2 сут. Схемы на рисунке (12.4.б) предназначена для потребителей второй категории, перерыв питания у которых может быть допущен в пределах не более 1-2 ч. Схема на рис. (12.4.в) предназначена для электроснабжения потребителей 1-ой категории, но ее используют и для питания второй категории перерыв в питании которых влечет за собой недоотпуск продукции и которые имеют народнохозяйственное значение в масштабе страны. Б) Схема магистрального питания Магистральные схемы применяют в системе внутреннего электроснабжения предприятий в том случае, когда потребителей достаточно много и радиальные схемы питания явно нецелесообразны. Обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение 5-6 подстанций с общей мощностью потребителей не более 5000-6000 кВА. На рисунке (12.5) приведена типичная схема магистрального питания. Эти схемы характеризуются пониженной надежностью питания, но дают возможность уменьшить число отключающих аппаратов и более удачно скомпонавать потребителей для питания. В) Схемы смешанного питания В практике проектирования и эксплуатации в СЭС промышленных предприятий редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только магистральному принципу. Обычно крупные и ответственные потребители или приемники питают по радиальной схеме. Средние и мелкие потребители группируют и их питание осуществляют по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико- экономическими показателями. На рис. (12.7) приведена такая схема смешанного питания. Рис12.4. а) б) в) Рис 12.5. Рис.12.6. Рис.12.7. Виды схем распределения электроэнергии Цеховые подстанции питающие сеть низкого напряжения, состоят из следующих обязательных частей : ввода высокого напряжения, трансформатора, РУ НН. Кроме этих частей в состав подстанции могут входить РУ ВН (если к подстанциям подключены приемники ВН), конденсаторная батарея (если в цехе применяется централизованное КРМ), вспомогательные устройства и помещения. Ввод ВН в трансформаторные подстанции может осуществляться от радиальных или магистральных линий. В первом случае в конце линии не требуется коммутационных аппаратов линия может на глухо соединиться с зажимами ВН трансформатора. (12.8.а).Все коммутационные аппараты и устройства блока линия- трансформатор находится в начале линии (например, на ГПП предприятия). Для удобства проведения ремонтных работ и профилактических испытаний кабельных линий могут предусматриваться разъединители между кабелем и трансформатором (12.8.б). Для удобного заземления кабеля во время ремонтных работ разъединитель может снабжаться заземляющими ножами. Место заземляющих ножей разъединителя могут предусматриваться переносные заземления. В дальнейшем аналогичных схемах заземляющие ножи на схемах показываться не будут. В некоторых странах за последние годы стали применяться специальные концевые разделки кабеля, позволяющие удобно присоединить кабель к зажимам трансформатора при помощи полностью изолированных штепсельных разъемов (12.8.в). Для удобного подсоединение кабелей могут применяться трансформаторы с боковыми выводами. Рис 12.8. а) б) в) В случае подвода к подстанции магистральных линий присоединений к трансформатору необходимо предусмотреть защитные и коммутационные аппараты. Коммутационные аппараты предусматриваются и в кабельной магистральной линии с обеих сторон присоединения. Некоторые схемы подвода магистральной линии приведены на рис. (12.9.) . Наиболее дешевым вариантом является применение в цепи трансформатора разъединителей с плавкими предохранителями (12.9.а) . Эта схема применима в следующих условиях : 1. Ток нагрузки трансформатора отключается аппаратами НН. 2. Разъединитель ВН способен отключить ток ХХ трансформатора. 3. Номенклатура плавких предохранителей позволяет выбрать подходящие по номинальному току трансформатора предохранителей с требуемой отключающей способностью токов КЗ. 4. У трансформатора не применяются виды защиты, требующие в цепи ВН выключателя. 5. Включение и отключение трансформатора производиться относительно редко. 6. Не требуются дистанционные управления или телеуправления подстанции. Когда требуется отключение тока нагрузки со стороны ВН, вместо разъединителя применяется выключатель нагрузки. (12.9.г.д). Выбор схемы на рисунке (12.9.г или д) зависит от конструктивных особенностей выключателей нагрузки и плавких предохранителей ( часто составляющих один комплектный аппарат). Выключатель нагрузки снабжен приводом, позволяющим использовать дистанционное управление или телеуправление для нечастых включений и отключений. В случае частых коммутаций цепи трансформатора, а также при необходимости применения сложных систем защиты со стороны ВН трансформатора предусматривают выключатель ВН (12.9.е). Схемы, изображенные на рисунке (12.8.а-в) и (12.9.а-е) содержащие относительно простые по конструкции аппараты и узлы, не требуют применения отдельных помещений или отсеков для размещения аппаратуры ВН. В двух трансформаторных подстанциях питание каждого отдельного трансформатора может осуществляться по схемам на рис (12.8) и (12.9) Рис. 12.9 а) б) в) г) д) е) Связь между двумя цепями ВН не предусматривается, т.к. во взаимном резервировании питающих линий нет необходимости, а взаимное резервирование трансформаторов обеспечивается выбором схемы НН подстанций. Если со стороны ВН ЦП питаются также электродвигатели и другие приемники ВН, то на подстанциях предусматривается РУ ВН, которое в случае двух трансформаторов разделяется на две секции. (рис 12.10). Между секциями предусматривается постоянно включенная или включаемая в случае аварий связь. Все питающие и отходящие линии одной секции соединяются между собой при помощи сборных шин. 1 2 3 4 6 6 6 6 6 6 5 7 7 На рис (12.10) 1-2; 3-4;-питающие магистральные линии, 5 – межсекционная связь, 6 – отходящие линии для питания трансформаторов и других приемников ВН. Цепи питания трансформаторов и отходящих линий могут выполняться по схемам на рис (12.9.в-е), если отходящие линии при этом являются частью замкнутой сети, т.е. если на них может быть подано напряжение с другого конца, то между выключателем и началом линии предусматривается линейный разъединитель ( рис 12.11.а ). В комплексных РУ с выкатной аппаратурой роль шинных и линейных разъединителей играют электрические соединители рис ( 12.11.б ), такие же соединители могут использоваться и тогда, когда в место выключателя ВН предусматриваются более простые аппараты рис ( 12.11.в ). Рис.12.11 Схемы отходящих линий 1 2 а) б) в) а - с применением неподвижной аппаратуры (1-шинный, 2- линейный разъединители) б и в – с применением выкатной аппаратуры Соединение трансформаторов со сборными шинами РУ НН может осуществляться следующим образом: 1. Без применения коммутационных аппаратов (12.12.а) , если исключена подача напряжение на трансформатор со стороны НН, а отключсение трансформатора в нормальных и аварийных режимах производиться аппаратами ВН ; 2. С применением неавтоматических аппаратов, если на трансформатор не может подаваться напряжение со стороны НН, но требуется ручное отключение нагрузки или ручное отделение трансформатора со сторны НН. (12.12.б). 3. С применением аппаратов защиты (плавких пред-й или автоматических выключателей), если на трансформатор может быть подано напряжение со стороны НН (12.12.в-г) Шины НН двух трансформаторных подстанций секционированы. Если параллельная работа секций не предусматривается, то между секциями могут применяться неавтоматические аппараты. В противном случае между секциями необходимо предусмотреть защитные аппараты и , если требуется автоматическое включение резервного питания при аварии с одним трансформатором, автоматически выключаемые аппараты. РИС 12.12 а) б) в) г) Соединение трансформаторов цеховых подстанций со сборными шинами НН Отходящие линии НН могут содержать неавтоматические выключатели с плавкими предохранителями (12.13.а), плавкие предохранители с механическим приводом (12.13.б), резьбовые или другие легко вынимаемые предохранители без дополнительных аппаратов (12.13.в), не подвижные автоматические выключатели (12.13.г.и.д), автоматические выключатели на выдвигаемых или выкатных узлах (12.13-е).Комбинированием схемных элементов, приведенных на рисунке (12.8-12.13) можно получить разнообразные схемы ЦП отвечающие конкретным требованиям. Рис. 12.13 а) б) в) г) д) е) Схемы отходящих линий НН на цеховых подстанциях а,б,в- с применением плавких предохранителей г,д,е- с применением автоматических выключателей. Выбор место расположенияглавных понизительных подстанций и главных распределительных пунктов. Определеие центра электрических нагрузок Проектирование СЭС предприятия предусматривает рациональное размещение на ее территории заводской и цеховых подстанций. Для нахождения места их размещения на ген. план предприятия наносятся картограмма нагрузок. Картограммой нагрузок называют план, на котором изображена картина средней интенсивности распределения нагрузок приемников ээ. Картограмму нагрузок строят как на плане расположения приемников ЭЭ в цехах, так и ген. плане всего промышленного предприятия. Если картограмму строят на ген. плане предприятия, то в качестве ПЭЭ рассматриваются сами цехи. Геометрические изображения средней интенсивности распределения нагрузок на картограмме выполняют при помощи кругов. В качестве центра круга выбирают центр электрической нагрузки ПЭЭ, а радиус круга связывают с расчетной мощностью приемника ЭЭ; значение его находят из условия равенства расчетной мощности Р площади круга : Где ri - радиус круга m - Масштаб для определения площади круга Откуда Каждый круг может быть разделен на секторы, площади которых равны соответственно осветительной и силовой нагрузкам. В этом случае картограмма дает представление не только о значениях нагрузок, но и об их структуре. Имея картограмму нагрузок и координаты их расположения на ген плане предприятия можно определить ЦЭН.( точку А), координаты которых будут равны На рис. ( 12.14) приведена картограмма нагрузок для предприятия, состоящего из десяти цехов. Пунктиром нанесены цехи, которые должны быть построены с учетом перспективы развития, и картограммы электрических нагрузок с учетом расширения производства на определенный срок : точка А – ЦЭН без учета расширения, А1 – ЦЭН с учетом расширения. Поскольку при проектировании СЭС решают и задачу определения расположения ИП для реактивных нагрузок, рекомендуется иметь две картограммы : одну для активных, а другую для РМ. ( ). Центр реактивных нагрзок может быть найден для случая, когда вопрос о компенсации РМ решается централизованно. Картограмма активных нагрузок необходимо для выбора рационального места расположения питающих подстанций (ГПП или ГРП).Место расположения ГПП ицеховых подстанций должно быть вблизи центра их нагрузок, что сокращает протяженность, а следовательно, стоимость и потери питающих и распределительных сетях ЭС предприятия. У,м 1 1 7 2 8 4 А А1 9 5 3 10 6 Х,м У 1 7 2 4 В 5 3 6 Литература 1.1. Федоров А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. ЭАИ 1984. Стр 88-123, 165-206 1.2. Ермилов А.А. Электроснабжение промышленных предприятий. М. Э 1990г стр. 50-103 1.3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок М.ВШ 1990 стр. 42-78, 214-258 1.4. Ю. Л. Мукосеев Электроснабжение промышленных предприятий, М. Энергия стр. 321-329 1.5. Э. М. Ристхейн Электроснабжение промышленных установок, М. ЭАИ, 1991 Контрольные вопросы. Характерные схемы внутреннего электроснабжения. Характерные схемы внешнего электроснабжения. Назначение глубоких вводов. Что понимается под картограммой нагрузок? Характерные схемы электроснабжение. Как выбрать месторасположение ГПП и ГРП? Какие виды схем распределения электроэнергии вы знаете в сетях напряжением выше 1000 В?