Системы электроснабжения

Электроснабжение сельского хозяйства. Системы электроснабжения сельского хозяйства включают питание электроэнергией всех потребителей, располагающихся на территориях сельскохозяйственных районов. Это — электроснабжение всех видов сельскохозяйственных производств, а также комплексов коммунально-бытовых потребителей сельских населенных пунктов. Примерами ПЭ 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 ПЭ изменяются в весьма широких пределах: от единиц киловатт для малоэтажных зданий до единиц мегаватт для животноводческих и зернообрабатывающих комплексов.

Питание электроэнергией СЭС сельского хозяйства осуществляется преимущественно от ПС 35—110 кВ ЭЭС. В районах, удаленных от электросетей ЭЭС, а также в качестве резервных источников питания ПЭ, не допускающих перерывы электроснабжения или допускающих такие перерывы в пределах 20—30 мин, применяются дизельные электростанции мощностью от десятков до сотен киловатт. В единичных случаях сооружаются местные гидроэлектростанции аналогичной мощности.

Пример суточного графика электрических нагрузок  ПС 6—10/0,38 кВ сельскохозяйственных ПЭ приведен на рисунке 2,д.  Различия между графиками зимних и летних суток зависят от соотношений нагрузок жилых зданий и сельскохозяйственного производства, а также от географической широты рассматриваемого района, климатические условия, долгота светового дня.

Коэффициенты мощности жилых и иных зданий сельских населенных пунктов составляют 0,9—0,95, а основных производств 0,75—0,85.

Продолжительность использования наибольших нагрузок сельских ПЭ — в пределах 2000—3500 ч/год.

Значительная часть ЭП сельских ПЭ допускает аварийные перерывы электроснабжения на время восстановления питания оперативных переключений в распределительных электросетях , II категория. Вместе с тем крупные животноводческие комплексы и птицефабрики требуют автоматизированного восстановления питания основных ЭП в течение нескольких минут во избежание потерь сельскохозяйственных животных и птиц, в первую очередь молодняка; такие ЭП относятся к I категории по требованиям надежности электроснабжения.

Выше были приведены базовые сведения по основным группам ПЭ. Несомненно, что имеются разновидности электроэнергетических характеристик иных ПЭ, таких как горнодобывающей, нефтедобывающей и газодобывающей промышленности, крупных хладогенерирующих и теплогенерирующих установок, морских и авиационных портов, объектов обороны страны и других.

1.2.3. Основные условия и задачи формирования систем электроснабжения

Основным определяющим условием формирования СЭС — источников их питания, электрических сетей, электрооборудования, режимов и организации и технической составляющей эксплуатации — является их экономическая целесообразность, с учетом указанных ниже ограничений.

Требования экономической целесообразности должны соответствовать современным условиям и задачам развития хозяйственной жизни России. В качестве такого экономического критерия формирования СЭС, опирающегося на государственные нормативные материалы, принимаются так называемые дисконтированные затраты, определяемые за тот или иной срок в зависимости от объекта проектирования, 5—25 лет. Дисконтированные затраты за расчетный срок учитывают: поэтапные капиталовложения для сооружения СЭС, поэтапное развитие ежегодных эксплуатационных расходов, затраты на потери электроэнергии в СЭС, «недоиспользованную», ликвидную часть капиталовложений, убытки от недоотпуска электроэнергии при аварийных или плановых отключениях электрооборудования и прекращении в связи с этим питания потребителей, а также меру дисконта ,~0,1.

При определении дисконтированных затрат за расчетный срок имеется возможность учитывать изменения стоимости оборудования и стоимости электроэнергии, значений дисконта.

При обсуждаемом здесь принципе формирования СЭС должны учитываться: нормативные требования надежности электроснабжения ПЭ или возможные убытки от перерывов питания; технические ограничения, в первую очередь — качество электроэнергии, а также экологические ограничения , по выбросам отходов производства в окружающую среду, по напряженности электрических и магнитных полей, шумовым эффектам и другое.

В основе формирования и эксплуатации СЭС находятся электрические нагрузки отдельных ПЭ, элементов электрических сетей и источников питания, которые определяются специальными расчетными методами при проектировании, экспериментально — в процессе эксплуатации. При этом необходимо знать как наибольшие, так и наименьшие возможные значения электрических нагрузок. На основе известных электрических нагрузок выбираются или проверяются параметры всего электрооборудования СЭС.

Определяющую роль экономической обоснованности проектируемой или эксплуатируемой СЭС имеет выбор целесообразных схем и номинальных напряжений питающих и распределительных сетей от источников питания от СЭС до ЭП.

По завершении указанных проектных или эксплуатационных расчетов и принятия соответствующих технико-экономических и технических решений следует стадия расчетов режимов распределения активных и реактивных мощностей и рабочих напряжений ЭП. На стадии проектирования необходимы расчеты режимов при наибольших и наименьших нагрузках ПЭ, в некоторых случаях и иных режимов, в эксплуатации обязательны измерения в периоды максимумов нагрузок.

1.2.4. Номинальные напряжения электроустановок

При получении электроэнергии СЭС от ЭЭС непосредственными источниками питания являются ПС 35—220 кВ. В состав СЭС наиболее крупных промышленных предприятий, таких же узлов железных дорог , метрополитена, средних и крупных городов и значительных сельскохо­зяйственных районов входят линии электропередачи и понижающие ПС указанных номинальных напряжений. Необходимо отметить, что в основном обоснованно применяется напряжение 110 кВ, обеспечивающее возможности передачи мощностей до 50—80 MB·А на расстояния в десятки километров и обладающее приемлемыми стоимостными показателями. Напряжение 220 кВ используется при необходимости передачи мощности более 100 МВт, города с населением более 5—7 милионов жителей, крупнейшие предприятия черной и цветной металлургии и тому подобное. Напряжение 35 кВ, обеспечивающее существенно меньшую пропускную способность электрических сетей, как правило, не следует применять при проектировании новых СЭС.

Распределение электроэнергии по территориям промышленных предприятий, городов, сельских районов и других потребителей в настоящее время производится при напряжениях 6—10 кВ. Имеющееся в отечественном стандарте напряжение 20 кВ, достаточно широко применяющееся в западноевропейских странах, в практике СЭС в России — по ряду технических и технико-экономических причин — до настоящего времени не нашло применения. Помимо распределения электроэнергии вне зданий напряжения 6—10 кВ применяются внутри цехов промышленных предприятий, а также в некоторых случаях во внутренних сетях крупнейших городских зданий. Напряжения 6 и 10 кВ применяются для непосредственного питания наиболее крупных электродвигателей , соответственно 0,5—1 МВт и 1—2 МВт и более.

При формировании новых и реконструкции действующих СЭС должно применяться напряжение 10 кВ. Применение напряжения 6 кВ допустимо лишь при специальных технико-экономических обоснованиях, развитие существующих сетей 6 кВ, применение двигателей мощностью 500—1000 кВт и тому подобное. В ряде случаев экономически обоснован перевод эксплуатируемых воздушных и кабельных электросетей 6 кВ на работу при 10 кВ, что требует проведения ряда предварительных профилактических испытаний, замены некоторой части электрооборудования, незначительной реконструкции распределительных устройств 6 кВ и другое. Наибольшая эффективность данного решения относится к электросетям с воздушными линиями 6 кВ, а также при отсутствии или малом количестве двигателей 6 кВ. Следует отметить экономическую эффективность такого метода увеличения пропускной способности распределительных электросетей в ряде городов России и стран СНГ.

В СЭС всех групп потребителей электроэнергии к электросетям данных напряжений присоединяются трансформаторные подстанции, ТП, с вторичным напряжением до 1 кВ. Электроосветительные установки и приборы практически во всех случаях питаются при напряжениях 380/220 В. Исторически сохранившиеся в некоторых городах электросети 220/127 В следует реконструировать на напряжения 380/220 В.

Все бытовые ЭП выполняются в настоящее время на напряжение 220 В и подключаются к сетям 380/220 В. Это же напряжение используется в промышленном электроснабжении для питания электродвигателей мощностью до 150—200 кВт. При мощностях электродвигателей 200—800 кВт экономически оправдано применение напряжения 660/380 В. В случае мощностей двигателей 800—1000 кВт и более следует применять для их питания напряжения 6 или 10 кВ.

Как указано выше, в питании железнодорожного транспорта от ЭЭС применяются напряжения 110—220 кВ, вторичные напряжения, на стороне переменного тока, составляют 25—27,5 кВ. В городском электротранспорте применяются напряжения 6—10 кВ, вторичное напряжение 600 В.

1.2.5. Основные типы схем электрических сетей

Специфическими источниками питания СЭС при напряжениях 35—220 кВ являются главные понижающие ПС промышленных предприятий, ГПП, ПС аналогичных напряжений железнодорожного транспорта и ПС глубоких вводов высших напряжений , ПГВ, в жилых районах городов. Определяющими принципами схем ГПП и ПГВ являются:

- минимально необходимое количество электрооборудования высшего напряжения как наиболее дорогого и требующего значительных площадей для его установки;

- двухтрансформаторные ПС 110—220/6—10 кВ; в ряде случаев — трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напряжения для ограничения токов короткого замыкания;

- развитые распределительные устройства 6—10 кВ, обеспечивающие возможность присоединения многих линий и оперативную гибкость данной схемы.

В электрических сетях 6—10 кВ промышленных объектов и городов достаточно широко применяются распределительные пункты, РП, представляющие собой распределительные устройства указанных напряжений, приближенные к определенным группам ПЭ. На промышленных предприятиях это цеха с крупными двигателями 6—10 кВ, в городских сетях это трансформаторные подстанции, ТП, 6—10/0,38 кВ, удаленные от основных источников питания. Обоснованиями применения РП являются: сокращение количества ячеек выключателей 6—10 кВ на ИП; уменьшение протяженности кабельных линий; упрощение оперативной эксплуатации распределительных сетей.

В настоящее время РП выполняются при радиальной схеме питающих линий, что соответствует условиям питания крупных двигателей и районов городской застройки , 6—12 МВт, рисунок 3. По требованиям надежности электроснабжения РП относятся к ПЭ I категории. В связи с этим секционные выключатели шин 6—10 кВ на ИП и РП разомкнуты в нормальных режимах работы. Секционный выключатель на РП оборудован устройством автоматического включения резерва, АВР, при аварийном отключении одной из секций ИП или одной из питающих линий.

Рисунок 3.- Принципиальная схема распределительного пункта 6-10 кВ                                           

                  а- питающегося от двух источников питания, ИП-1 и ИП-2; б- питающегося от одного источника питания; ПЛ- питающие линии; РЛ- распределительные линии; С1,С2- секции шин; В- выключатель.

В распределительных электрических сетях 6—10 кВ и 380—660 В применяются следующие основные типы схем: радиальные, магистральные, кольцевые, петлевые, и их комбинации.

При радиальных схемах по каждой линии питается один ПЭ. Линии могут быть одноцепными или двухцепными в зависимости от требований надежности электроснабжения конкретных ПЭ, а также от конструктивного выполнения линий. По одноцепным воздушным линиям могут питаться ПЭ, допускающие перерывы питания на время ремонта линии и относящиеся к III категории по требованиям ПУЭ к надежности электроснабжения. Ввиду длительности ремонтных работ после повреждения кабеля, например, в случае необходимости прогрева грунта в зимнее время, радиальные линии необходимо выполнять двухцепными при питании потребителей всех категорий. Потребители электроэнергии I и II категорий, во всех случаях должны питаться по двухцепным радиальным линиям. При одноцепных воздушных радиальных линиях 6—10 кВ трансформаторные подстанции 6—10/0,38 кВ выполняются однотрансформаторными в связи с существенно меньшей их повреждаемостью по сравнению с линиями. При двухцепных радиальных линиях ТП 6—10/0,38—0,66 кВ — двухтрансформаторные. Области применения радиальных схем: электроснабжение единичных ПЭ; при значительных электрических нагрузках ПЭ — в связи с ограничениями пропускной способности линий по условиям допустимого нагрева проводов или жил кабелей или по допустимой потере напряжения в линии и тому подобное, для линий 380 В — 150—200 кВ · А, для линий 10 кВ — 5—6 MB · А.

Магистральные линии характеризуются последовательным присоединением к ним нескольких ПЭ, располагающихся по «одностороннему» направлению относительно ИП. Приведенные выше сведения о радиальных схемах, о возможностях применения одноцепных или двухцепных линий, однотрансформаторных или двухтрансформаторных подстанций 6—10/0,38—0,66 кВ полностью относятся и к схемам магистральных линий.

Кольцевые, петлевые, конфигурации схем распределительных электрических сетей применяются как при воздушных, так и при кабельных линиях. Характерным для таких электрических сетей 6—10 и 0,38 кВ является применение одноцепных линий, однотрансформаторных подстанций и односекционных распределительных щитов 380 В вводов к ПЭ. В связи с замкнутой конфигурацией схем данного типа в нормальных эксплуатационных режимах сети одна из линий должна быть отключена. Необходимость такого режима сети определяется невозможностью избирательного , селективного, отключения поврежденной линии. Последнее определяется отсутствием, по технико-экономическим соображениям, линейных выключателей в цепях всех линий, кроме их головных участков, а также практической невозможностью применения в таких сетях релейных защит направленного действия. Выбор линии, отключенной в нормальных режимах сети, производится по условиям потокораспределения, соответствующего минимальным потерям мощности при наибольших нагрузках ПЭ.