Система электроснабжения

Системы электроснабжения (СЭС) различных объектов и их характерные  особенности. СЭС - как подсистема Надежность в технике и энергетике. Связь  курса "Надежность электроэнергетических систем " с другими курсами.

Передача электроэнергии от источников к потребителям производится энергетическими системами, объединяющими несколько электростанций.

Приемники электрической  энергии промышленных предприятий получают питание от системы электроснабжения, которая является составной частью энергетической системы.

Ниже приведены основные понятия и определения, которые необходимы при дальнейшем изложении.

Системой  электроснабжения (СЭС) называется совокупность взаимосвязанных электроустановок, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии.

Энергетическая  система (ЭС) — это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, потребителей электроэнергии и теплоты, связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется часть энергетической системы без тепловых сетей и потребителей теплоты. Электроэнергетическая система обеспечивает централизованное электроснабжение потребителей на территории, охватываемой подчиненными ей электрическими сетями.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии на определенной территории, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, аппаратуры присоединения, защиты и управления.

Электростанцией называется установка или группа установок, предназначенных для производства электрической энергии или электрической и тепловой энергии.

Воздушной (BЛ) или кабельной (КЛ) линией электропередачи называется электроустановка, являющаяся совокупностью токоведущих элементов, их изоляции и несущих конструкций, предназначенная дли передачи электроэнергии на расстояние.

Приемным  пунктом (или пунктом приема) электроэнергии называется электроустановка, на которую поступает электроэнергия для электроприемников предприятия от внешнего источника питания. В зависимости от потребляемой мощности и от удаленности от источника питания приемными пунктами электроэнергии могут быть УРП, ГПП, ПГВ, ТП, РП, ЦРП.

Трансформаторной  подстанцией (ТП) называется электроустановка, предназначенная для преобразования электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения с помощью трансформатора. Цеховая ТП средней и малой мощности преобразует энергию с напряжения 6—10 кВ на напряжение 0,4/0,23 или 0,69/0,4 кВ и служит для питания потребителей одного или нескольких близлежащих цехов или части большого цеха.

Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) называется подстанция, состоящая из трансформаторов, блоков комплектных распределительных устройств и других элементов, поставляемая в полностью собранном или частично собранном и подготовленном для сборки виде.

Главной понизительной подстанцией (ГПП) называется подстанция, получающая питание напряжением 35—220 кВ непосредственно от районной энергосистемы и распределяющая электроэнергию на более низком напряжении 6— 35кВ по всему объекту или отдельному его району, т.е. по ТП предприятия, включая и питание крупных ЭП на 6, 10 и 35 кВ.

Глубоким  вводом называется система питания электроэнергией, при которой электрическая линия подводится возможно ближе к электроустановкам потребителей для уменьшения числа ступеней трансформации, снижения потерь мощности и энергии.

Подстанцией глубокого ввода (ПГВ) называется подстанция, выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, получающая питание напряжением 35—220 кВ непосредственно от энергосистемы или от узловой распределительной подстанции данного района и предназначенная для питания отдельного объекта или района предприятия.

Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная подстанция предприятия, получающая электроэнергию от энергосистемы напряжением 110—330 кВ и распределяющая ее (без трансформации или с частичной трансформацией) по подстанциям ПГВ 35—220 кВ на территории предприятия. УРП отличается от ГПП большей мощностью и тем, что основная мощность УРП при подводимом напряжении 110—220 кВ распределяется без трансформации по подстанциям глубокого ввода. УРП имеет иногда районное значение, так как может обслуживать несколько промышленных предприятий и других потребителей, или она может обслуживать данное предприятие, но находиться в ведении и эксплуатации ЭС.

Распределительным пунктом (РП) называется распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции. РП 6—10 кВ питаются в основном от ГПП, иногда от УРП.

Центральным распределительным пунктом (ЦРП) называется центральный пункт, получающий питание непосредственно от районной энергосистемы или заводской станции при напряжении 6—20 кВ и распределяющий его на том же напряжении по всему объекту или отдельной части.

Сооружению любого объекта  предшествует создание проектно-сметной  документации.

Проект — это изображение будущего устройства или сооружения, выполненное в схемах, чертежах и пояснительных записках на основе логического анализа, расчетов и разработки исходных данных.

Электрические схемы определяют принцип действия электроустановки, ее назначение, порядок работы и выполняются в единых условных обозначениях по ГОСТ системы ЕСКД (единая система конструкторской документации).

Электроустановками (ЭУ) называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, трансформации, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии, изменения рода тока, напряжения, частоты или числа фаз.

ЭУ разделяют по назначению, роду тока (постоянный и переменный) и по напряжению (до 1 кВ и выше 1 кВ). Как правило, на промышленных предприятиях применяются ЭУ напряжением не выше 220 кВ.

По назначению различают  ЭУ: производящие электрическую энергию—электростанции; потребляющие ее — электроприемники; преобразующие и распределяющие — электрические сети, трансформаторные подстанции, преобразовательные подстанции для установок постоянного тока и для установок с частотой, отличной от 50 Гц.

Приемником электрической  энергии (электроприемником ЭП) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электроэнергии в другой вид энергии.

Бесперебойность (надежность) электроснабжения электроприемников (потребителей) электрической энергии в любой момент времени определяется режимами их работы. В отношении обеспечения надежности электроснабжения, характера и тяжести последствий от перерыва питания приемники электрической энергии согласно ПУЭ, гл. 1.2 разделяются на следующие три категории:

электроприемники I категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования,

массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Удельный вес нагрузок потребителей I категории в большинстве отраслей промышленности невелик, за исключением химических и металлургических производств. На нефтехимических заводах и заводах синтетического каучука нагрузка потребителей I категории составляет 75—80 % суммарной расчетной нагрузки предприятия; на металлургических заводах, имеющих в своем составе только коксохимические, доменные и конвертерные цехи, она равна 70—80 %; на металлургических заводах с полным металлургическим циклом нагрузка L категории достигает 25—40 %•

Из состава ЭП I категории  выделена так называемая особая группа ЭП, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. К ним относятся электродвигатели задвижек и запорной арматуры, приводы компрессоров, вентиляторов, насосов, подъемных машин на подземных рудниках, обеспечивающих своевременную эвакуацию людей, а также аварийное освещение в некоторых производствах, На некоторых предприятиях прекращение вентиляции помещений может вызвать опасную концентрацию горючих или токсичных газов, останов насосов может привести к пожару или взрыву.

ЭП I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при аварии на одном из ИП может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего ИП.

Источником питания (ИП) или центром питания (ЦП) называется распределительное устройство генераторного напряжения (ГРУ) электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения (РУНН) понижающей подстанции энергосистемы или подстанции 35—220 кВ промышленного предприятия, к которому присоединены распределительные сети предприятия.

Независимым источником питания электроприемника или группы электроприемников называется ИП, на котором сохраняется напряжение в пределах, регламентированных для послеаварийного режима, при исчезновении его на других источниках питания этих электроприемников. На промышленных предприятиях к числу независимых ИП можно отнести энергосистему и собственную промышленную теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), генераторы электростанции, работающие на разные секции (системы) шин и имеющие независимые первичные двигатели (турбины); линии, секции, трансформаторы разных подстанций энергосистемы; аккумуляторные батареи и т. п. Практически независимым ИП группы ЭП можно считать такой ИП, у которого, например при коротком замыкании на шинах другого источника питания напряжение должно сохраняться на уровне не менее 60 % номинального напряжения сети U„_0K. Указанный предел установлен для устойчивой работы ЭП в условиях аварийного режима в течение времени действия релейной защиты и автоматики. Для крупных энергоемких предприятий независимыми ИП могут являться территориально разобщенные ИП. Нагрузка между этими ИП распределяется в зависимости от мощности и удаленности источников питания, от сезонности работы предприятия. В общем случае к числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих условий:

а) каждая секция или система шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания;

б) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушений нормальной работы одной секции (системы) шин.

Электроприемники II категории — это такие ЭП, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовому простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Труппа потребителей II категории является наиболее многочисленной в большинстве отраслей промышленности. ЭП II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых ИП. Для ЭП II категории при нарушении электроснабжения одного ИП допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой. Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по длительно допустимой нагрузке линии.

Допускается питание ЭП II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного (передвижного) складского резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более I сут допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

Электроприемниками III категории называются все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. К ним можно отнести ЭП во вспомогательных цехах, на неответственных складах, в цехах несерийного производства и т. п.

 Для электроснабжения - электроприемников III категории достаточно одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента СЭС, не превышают 1 сут.

Канализация электрической  энергии — это распределение электроэнергии с помощью воздушных, кабельных линий и токопроводов от места производства до места потребления. В сетях напряжением выше 1 кВ промышленных предприятий канализация электроэнергии может осуществляться с помощью кабельных и воздушных линий и токопроводов. Выбор того или иного конструктивного решения электрической сети промышленного предприятия зависит от размещения нагрузок, плотности застройки территории, ее насыщенности технологическими, сантехническими и транспортными коммуникациями, уровня и агрессивности грунтовых вод, степени загрязненности воздуха, района гололедности.

Кабельной линией (КЛ) называется устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Гарантированный срок службы кабеля, как правило, не менее 25 лет.

Для внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий применяются  различные способы прокладки  КЛ: в земляных траншеях, в кабельных  каналах и туннелях, по эстакадам и галереям.

Для прокладки КЛ в траншее (рис. 4.1) применяют бронированные или небронированные кабели, защищенные от коррозии джутово-битумным покровом или полихлорвиниловой изоляцией. В земляных траншеях КЛ 6—35 кВ прокладывают на глубине 0,7—0,8 м. Кабель укладывают на подушку из песка толщиной 0,1 м и закрывают от механических повреждений красным кирпичом. В местах пересечения с проезжей частью дороги, подземными коммуникациями и на вводах в здания КЛ 6—35 кВ прокладывают в асбоцементных трубах. Не рекомендуется в одной траншее укладывать более шести кабелей напряжением до 10 кВ и более трех — напряжением 20—35 кВ. Расстояние между кабелями в траншее должно быть не менее 100 мм. Кабель укладывают в траншее «змейкой» с запасом 1,5— 2 % общей длины траншеи на случай возможных смещений почвы и деформации кабеля в разные времена года.