Система электроснабжения

Насыщенность территории предприятия подземными коммуникациями, необходимость параллельной прокладки многих КЛ, агрессивный грунт и блуждающие токи, сложность отыскания места повреждения и производства ремонта КЛ ограничивают возможности укладки кабелей в земляных траншеях. В этих случаях КЛ прокладывают в специальных кабельных сооружениях — каналах и туннелях.

В каналах целесообразно  прокладывать кабели при их числе  более шести (до 30), а при числе  более 30—в туннелях. Канал — это непроходное кабельное сооружение глубиной до 0,4—1,2 м, покрываемое съемными металлическими или бетонными плитами; туннель- более глубокое (до 2,5 м) сооружение, устраиваемое в земле для прокладки многих кабелей (более 40) и имеющее устройство принудительной вентиляции. Прокладка в туннелях применяется на крупных предприятиях. При прокладке в каналах и туннелях облегчается доступ к кабельным линиям, обеспечивается легкость замены поврежденного участка.

Недостатком прокладки кабелей  в туннелях является повышенная пожарная опасность при электрических пробоях в кабелях или соединительных муфтах. Поэтому туннели  оборудуют датчиками автоматической пожарной сигнализации. Кроме того, устройство туннелей с надежной гидроизоляцией от грунтовых вод и вентиляцией для снижения температуры нагрева кабелей требует больших затрат.

Когда территория предприятия  загружена подземными коммуникациями, приемлемым решением для прокладки  большого потока кабелей может явиться  надземный способ по открытым эстакадам и закрытым галереям. Кабели могут прокладываться по технологическим эстакадам и галереям вместе с технологическими трубопроводами или по эстакадам, специально сооружаемым для КЛ. Надземный способ прокладки обеспечивает хороший отвод теплоты от кабелей благодаря естественной вентиляции, удобство обслуживания.

Воздушные линии (BЛ) выполняются из неизолированных проводов, расположенных на открытом воздухе и прикрепляемых к опорам с помощью изоляторов и арматуры. На промышленных предприятиях ВЛ применяют сравнительно редко из-за загруженности различными постройками территории предприятия. Обычно ВЛ используют для предприятий малой мощности и для отдельных объектов, удаленных от основной промышленной площадки, например для насосных, компрессорных станций, ремонтно-строительных баз и других объектов, работающих на напряжении 6—10 кВ.

На рис. 4.3, а изображена конструктивная схема ВЛ, в которой показаны различные виды опор.

 

 

 

Все виды опор могут выполняться  как одноцепными (для одной линии), так и двухцепными (для двух линий одновременно); свободно стоящими и с оттяжками. Двухцепные ВЛ сооружаются по соображениям надежности электроснабжения нагрузок предприятия при радиальной схеме сети, а также в стесненных условиях трассы ВЛ. Одна цепь ВЛ объединяет три провода трехфазной линии. Провода на опорах могут размещаться треугольником, горизонттально, «обратной елкой» и шестиугольником, или бочкой.

 

Для воздушных линий применяют  деревянные (рис. 4.4), железобетонные (рис. 4.5) и металлические (рис. 4.6) опоры. Деревянные опоры значительно дешевле железобетонных и металлических, но имеют меньший срок службы; их применяют на ВЛ напряжением до 220 кВ. Для продления срока службы деревянные опоры пропитывают антисептическим составом.

Железобетонные опоры изготовляют из вибробетона и центрифугированного бетона. Изоляторы и провода крепятся на траверсах.

Металлические опоры изготовляют из стали марки 3 и выше, из легких алюминиевых сплавов и оцинкованной стали. Они менее экономичны, чем железобетонные, из-за большого расхода металла и необходимости окраски для предохранения от коррозии.

BJI выполняются медными, алюминиевыми и сталеалюминиевыми проводами.

Медные провода вследствие дефицита меди используются крайне редко. Широко применяются на ВЛ алюминиевые многопроволочные провода марок А, Ап, АН, АЖ.

Сталеалюминиевые провода марок АС, обладающие значительно большей механической прочностью по сравнению с алюминиевыми проводами, состоят из стальных проволок, поверх которых навиваются алюминиевые провода.

Токопроводы напряжением 6—35 кВ применяют для ма гистрального питания энергоемких потребителей промышленных предприятий с токами нагрузки 1500—6000 А при длине передачи 1—2 км. Как правило, применяются двухцепные токопроводы. Одноцепные токопроводы применяются редко. Токопроводы напряжением до 1 кВ называются шинопроводами. Применение токопроводов вместо большого числа КЛ или ВЛ позволяет повысить надежность электроснабжения, упростить эксплуатационное обслуживание, обеспечить экономию кабельной продукции, сократить число ячеек в РП 6—10 кВ. Учитывая значительное реактивное сопротивление токопроводов, можно отказаться от установки реактора на отходящих линиях для уменьшения токов КЗ. Схемы с магистральными токопроводами пригодны для потребителей любой категории надежности электроснабжения. Токопроводы обладают большой перегрузочной способностью по сравнению с КЛ и позволяют в ряде случаев упростить схему электроснабжения. Но вместе с тем токопроводы имеют, как правило, большие потери мощности вследствие значительного индуктивного сопротивления и потерь в крепящих и строительных конструкциях.

В зависимости от вида проводников  токопроводы разделяют на жесткие (при использовании жестких шин различного профиля и сечения) и гибкие (с использованием проводов). Токопроводы с фазами, расположенными по вертикали равностороннего треугольника, называют симметричными (фазы цепи имеют одинаковое активное и реактивное сопротивления). Магистральные токопроводы можно рассматривать как сборные шины источника питания (ГПП), вынесенные за пределы РУ и проложенные до центров электрических нагрузок.

В сетях 6—35 кВ промышленных предприятий получили распространение  токопроводы следующих исполнений:, а) симметричный подвесной с жесткими шинами и опорными изоляторами. Комплектуется такой токопровод из типовых секций заводского изготовления, свариваемых при монтаже, применяется в основном для открытой прокладки (на опорах, на кронштейнах по стенам зданий, на эстакадах). В качестве шин используются швеллеры из алюминия марки А1 или алюминиевого сплава АД31-Т1, обычно по два швеллера на фазу, или используется специальный профиль «двойное Т».

Опоры токопроводов устанавливаются через 12—18 м.

б) симметричный подвесной с жесткими шинами и подвесными изоляторами. Основная отличительная особенность этой конструкции по сравнению с предыдущей— отсутствие продольной балки для подвески токопровода. Конструкция токопровода самонесущая. Шины работают как балки, закрепленные на опорах. Прочность шин обеспечивается применением высокопрочных алюминиево-магниевых сплавов. Расстояние между опорами 14—20 м.

Преимуществами самонесущего токопровода с подвесными изоляторами перед токопроводом на опорных изоляторах являются: значительное сокращение изоляторов благодаря высокой прочности подвесных изоляторов; снижение стоимости строительной части, так как отпадает необходимость прокладки продольной балки; снижение магнитных потерь (коэффициента добавочных потерь) в связи с отсутствием металлической продольной балки; облегчается эксплуатация токопровода благодаря меньшему количеству изоляции на 1 км длины.

В настоящее время самонесущий токопровод нашел широкое применение для открытой прокладки. Разработан и применяется симметричный открытый самонесущий токопровод с трубами из высокопрочного алюминиевого сплава марки АД31-Т1 или АД31-Т;

в) гибкие. Они применяются для передачи значительных мощностей (100—200 MB-А) при напряжении 6—35 кВ

соответственно на расстояние 1,5—3 км. Гибкий симметричный токопровод 6—10 кВ представляет собой двухцепную ВЛ с расщепленными проводами .Каждая фаза состоит из 4, 6, 8 или 10 проводов марки А600 (АКП600 для химически активных сред), располагаемых на поддерживающих зажимах. С помощью специальной системы подвески на изоляторах все три фазы размещаются по вершинам треугольника и крепятся к опорам. Для предотвращения схлестывания проводов в фазе и фаз между собой в пролетах устанавливаются внутри- и междуфазные распорки.

Большой диаметр расщепления  проводов гибких токопроводов (0,8 м) и специальная система подвески обусловили значительное снижение индуктивного сопротивления фаз токопровода, что определяет возможность передачи электроэнергии на сравнительно большие расстояния по условиям допустимой потери напряжения.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ. Основными вопросами при построении рациональных и экономических СЭС промышленных предприятий являются вопросы выбора схемы электроснабжения, а соответственно и выбора напряжений питающих и распределительных сетей.

Система электроснабжения промышленного предприятия (СЭС), представляющая собой сочетание отдельных элементов, может быть условно разделена на: внешнюю и внутреннюю. К внешней части СЭС (внешнее электроснабжение) относятся питающие сети 6—220 кВ, обеспечивающие подачу электроэнергии на предприятие от точки присоединения к энергосистеме до приемного ЦРП или до ГПП (ТП). К внутренней части СЭС (внутреннее электроснабжение) относятся распределительные сети напряжением до 1 кВ и выше, предназначенные для распределения электроэнергии по территории предприятия и внутри.цехов.

Для электроснабжения крупных  предприятий применяют глубокие вводы высокого напряжения, при которых питающие линии напряжением 35—220 кВ, идущие от энергосистемы, вводятся в глубь территории предприятия, где сооружается ЦРП или ПГВ,

При выборе напряжений СЭС  промышленного предприятия следует стремиться к минимальному числу ступеней трансформации (две-три), так как на каждой ступени трансформации теряется в среднем до 5 % проходящей через нее мощности.

Невзирая на многочисленные работы, проблема надежности электроснабжения не имеет законченного решения. Ряд принципиальных положений, включая само определение надежности, остаются дискуссионными.

До недавнего времени  проблема надежности ограничивалась вопросами обеспечения передачи потребителю заданного количества электрической энергии в рассматриваемый промежуток времени. С этой целью изучались закономерности появления различных нарушений в системе электроснабжения, на основе которых имеется возможность получить показатели надежности. Эти показатели в совокупности с величиной народнохозяйственного ущерба позволяют в принципе оптимизировать надежность, что является решением проблемы.

Последние работы расширяют  поставленную проблему. В понятие надежности включают не только количественные показатели подаваемой энергии, но также ее качественные характеристики, имея в виду обеспечение требуемого уровня напряжения, частоты и т. п. В общем виде указанное определение представляется достоверным, так как надежность можно рассматривать как характеристику качества электроснабжения.

Такой подход значительно  расширяет проблему надежности. Если рассмотреть технические мероприятия, обеспечивающие количественные и качественные характеристики поставляемой энергии, то можно утверждать, что решение вопросов, связанных собес- печением этих характеристик, может производиться в подавляющем числе случаев независимо друг от друга. При этом имеется в виду, что средства, обеспечивающие количественные показатели подаваемой энергии, являются основными элементами (линии, трансформаторы) системы электроснабжения. Эти

элементы определяют технико-экономические  показатели системы при ее оптимизации.

Между тем средства, обеспечивающие качественные характеристики энергии и прежде всего уровни напряжения, не являются основными элементами системы электроснабжения. Если в первом случае в результате учета необходимой степени резервирования электроснабжения определяется глобальный оптимум системы, то во втором случае речь идет о решении частной задачи, например о выборе рационального способа регулирования напряжения при заданных оптимальных параметрах системы электроснабжения [23].

В связи с отмеченным в  дальнейшем, рассматривая вопросы надежности, ограничиваемся проблемой обеспечения потребителей необходимым количеством электрической энергии в соответствии с заданным графиком ее потребления, т. е. вопросами выбора рациональной степени резервирования электроснабжения. Такой подход широко отражен в литературе [46].

Требуемый уровень надежностн электроснабжения промышленных потребителей определяется особенностями их технологического процесса. При этом в случае технико-экономической оценки надежности следует учитывать условия резервирования в технологической части предприятий, т. е. рассматривать систему электроснабжения и технологический процесс как единое целое.

Однако методика такого рода расчетов не разработана и вряд ли она будет касаться вышестоящих ступеней систем электроснабжения, предназначенных для питания совокупности потребителей.

При решении поставленной проблемы возможны два подхода, в  частности, расчет надежности на основе натуральных показателей и оптимизация надежности с использованием стоимостных характеристик, путем сопоставления затрат на надежность с предотвращением народнохозяйственного ущерба, возникающего из-за перерывов электроснабжения.

Следует подчеркнуть, что  регламентированная методика расчета надежности, как на основе натуральных показателей, так и с использованием стоимостных характеристик, невзирая на многообразие опубликованных

работ, до настоящего времени  отсутствует.

Согласно ПУЭ [32], выбор  надежности электроснабжения регламентируется применительно к элек- тропрпемникам потребителей. При этом под потребителем понимается предприятие или организация, имеющие комплекс электроприемников, в то время как приемником называется электрооборудование (электродвигатель, преобразователь, светильники и т. п.), потребляющее или преобразовывающее электроэнергию.

Все виды электроприемииков по надежности их электроснабжения делятся ПУЭ на три категории. При создании системы электроснабжения конкретного потребителя, питание каждой группы электроприемииков должно рассматриваться самостоятельно. Учитывая многообразие электроприемников, классификация их в ПУЭ не может не носить общего характера. Последнее порождает определенные затруднения при установлении категорий некоторых электроприемников. Основным условием рационального решения вопросов электроснабжения потребителей является подробное знание технологии производственного процесса потребителей, а также последствий нарушения питания отдельных электроприемников и потребителей в целом.