Системы электроснабжения промышленных предприятий,

РАЗДЕЛ 1. Системы электроснабжения промышленных предприятий,

                     зданий и сооружений

1. Понятие о системах электроснабжения

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для

производства, передачи и распределения  электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий должны обеспечивать следующие  требования:

1. Экономичность;

Так в системах цехового электроснабжения широко используются КРУ (комплектные  распределительные устройства) и  КТП (комплектные трансформаторные подстанции), а также комплектные  силовые и осветительные токопроводы. Все это создает систему ЭС, экономящую большое количество проводов и кабелей.

2. Безопасность и удобство эксплуатации;
3. Качество;

К понятию  качества ЭЭ относится качество ЭЭ, на которое

                 влияют различные нарушения и  искажения формы питающего

      напряжения. Эти нарушения могут  поступать из энергосистемы:

      а) грозовые импульсы;

      б) коммутационные перенапряжения  из-за коммутации участков 

электрической сети;

      в) провалы и отклонения напряжения  во время АВР            (автоматического включения резерва);

       г) также сами электроприемники  вносят помехи в энергосистему

          (преобразователи, транспорт и  т.д.).               

4. Максимальное приближение источников питания к электроустановкам потребителей;
5. Гибкость системы (возможность развития);
6. Надежность электроснабжения.

          Требования по надежности ЭС потребителей изложены в нормативном документе называемом «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ). Здесь в качестве главного показателя вводится категория надежности.

          В отношении  обеспечения надежности ЭС электроприемники  делятся на 3 категории:

Электроприемники 1 категории – это электроприемники, перерыв ЭС которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного тех.процесса.

Электроприемники 2 категории – это электроприемники, перерыв ЭС которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта.

Электроприемники 3 категории – все остальные электроприемники, питание которых не требует резервирования.

           Рассматривая  промышленность строительных материалов, а сюда относятся заводы, производящие  цемент, стекло, железобетонные изделия,  кирпич и т.д. К потребителям  1 категории относят приводы вращающихся печей цементных заводов, останов которых может вызвать неравномерный нагрев и деформацию корпуса печи, компрессоры, вентиляторы и насосы, обеспечивающие производственные установки сжатым воздухом и водой. На стеклозаводах группу потребителей 1 категории составляют машины и механизмы, обслуживающие стекловаренную печь (вытягивание и прокат стекла).

В системах ЭС объектов можно выделить 3 вида установок:

1. По производству электроэнергии – электрические станции;
2. По передаче, преобразованию и распределению ЭЭ – электрические сети и подстанции;
3. По потреблению электроэнергии – приемники электроэнергии.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ – это предприятие, на котором вырабатывается ЭЭ, а именно различные виды энергии с помощью электрических машин (генераторов) преобразуется в электрическую энергию. В зависимости от источника энергии различают:

- тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо. ТЭС вырабатывает ЭЭ в результате преобразования тепловой энергии, выделяющей при сжигании органического топлива (уголь, мазут, природный газ, торф, сланцы). Наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива. Но у ТЭС есть существенные недостатки:

- использование невосполнимых  природных ресурсов;

-оказывает негативное влияние  на экологическую обстановку (выброс  в атмосферу золы, сернистого  ангидрида, а также поглощает  большое количество кислорода);

- обладает низким КПД (30 –  35%).

- гидроэлектростанции  (ГЭС), использующие энергию падающей воды запруженных рек. ГЭС является эффективной электростанцией, т.к. используют возобновляемые ресурсы. Также к достоинствам ГЭС можно отнести высокую мощность и экологическую составляющую (нет загрязнений атмосферы золой и дымовыми газами). Факторами «против ГЭС» являются:

- затопление прилежащих районов;

- разрушение огромных территорий  при разрушении ГЭС.

- атомная электростанция (АЭС), в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. АЭС работает на ядерном горючем (в основном 233,235-уран, 239-плутоний). При делении 1г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 Квт*ч, что эквивалентно энергии, содержащей в 2800 кг условного топлива. Достоинство АЭС – ее экономичность. При правильной эксплуатации, АЭС не приводит к возникновению «парникового эффекта», выбросам в атмосферу. К недостаткам относят трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий.

Также существуют нетрадиционные источники ЭЭ, т.е. используется энергия ветра, геотермальная энергия, энергия солнца и др. Функционирование ТЭС, ГЭС и АЭС негативно влияет на состояние окружающей среды, поэтому  сейчас большое внимание уделяется  изучению нетрадиционных источников энергии.

 

РАЗДЕЛ 2 Внутризаводские сети электроснабжения промышленных предприятий

 

1. Основное электрооборудоание (ЭО) электрических станций и подстанций. Цеховые трансформаторные подстанции

На электростанциях  ЭЭ вырабатывают при относительно низких напряжениях: 0,23-0,4 и 3,15-10,5 кВ. При таких  напряжениях передавать ЭЭ на большие  расстояния невыгодно, поэтому генераторное напряжение повышают до напряжения 35-110-220 кВ и выше и по магистральным ЛЭП  передают в районы потребления. Там  напряжение вновь понижают до 6, 10 кВ и на таком напряжении ЭЭ распределяется между пунктами потребления. Для  непосредственного использования  в установках потребителя напряжение еще раз снижают до 220/380 В.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Многоступенчатая схема передачи ЭЭ потребителям.

        Т1, Т2 – повышающие трансформаторы, Т3-Т6 – понижающие            трансформаторы, ВЛ – воздушная  линия.

Согласно  ПУЭ все электроустановки делятся  на:

- установки  до 1000 В;

- установки  свыше 1000 В.

Стандартные напряжения переменного трехфазного  тока являются: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Для электроснабжения предприятий  напряжение выше 220 к применяется  редко.

Подстанцией называют установку, предназначенную  для приема ЭЭ от какой-либо питающей системы, преобразования ЭЭ или распределения  ее по линиям потребителей.

Подстанции состоят из трансформаторов, распределительных устройств и  вспомогательных сооружений. Название подстанции зависит от того, какая  функция является преобладающей.

Основное  электрооборудование подстанций:

1. Основным ЭО электроэнергетических систем, обеспечивающих передачу и распределение ЭЭ на трехфазном переменном напряжении являютсясиловые трансформаторы. С их помощью напряжение повышается от генераторного до значений необходимых для электропередачи системы (35-750 кВ), а также многократное ступенчатое понижение напряжения, до значений, применяемых непосредственно в приемниках ЭЭ (0,22-0,66 кВ). На повысительных и понизительных подстанциях применяют 3-х фазные или группы однофазных трансформаторов.
2. Автотрансформаторы применяют при небольших коэффициентах трансформации (менее 2), при которых они более экономичны. Также автотрансформаторы используются для регулирования напряжения (линейные регуляторы) в сетях 220 кВ и выше.
3. Преобразовательные агрегатыпредназначены, в частности, для цеховых сетей постоянного тока, для питания ЭП (здесь используют кремниевые выпрямительные агрегаты).
4. Коммутационная аппаратура напряжением выше 1 кВ включает:

- выключателинапряжением  выше 1 кВ (предназначены для коммутации рабочих и аварийных токов. Они бывают жидкостными(масляными)10-35кВ и воздушные (сжатый воздух) 35 кВ и выше.

- выключатели нагрузки предназначены для установок 6-10 кВ, только для отключения тока рабочего режима (без тока К.З.).

- плавкие предохранители – для автоматического отключения цепи при превышении током определенного значения

- разъединители ( оперативное переключение под напряжением участков сети с малыми токами замыканий на землю и создание видимого разрыва),отделители (отключение токов холостого хода трансформаторов и автом. повторное включение), короткозамыкатели.

- изоляторы предназначены для крепления и изолирования друг от друга токоведущих частей электроустановок.

5. Коммутационная аппаратура  до 1 кВ:

- предохранители напряжением  до 1 кВпредназначены для защиты ЭУ от токов КЗ (выдерживают токи превышающие 30-50%*ток ном. более 1 часа).

- автоматические выключатели – быстрая и надежная защита проводов и кабелей от токов перегрузки и токов КЗ.

- контакторы и магнитные  пускатели– предназначены для частых включений и отключений силовых эл.цепей, а также магнитный пускатель выполняет функцию защиты от перегрузки (за счет теплового реле), отключает ЭД от сети при исчезновении напряжения или понижении напряжения до 50-70% от номинального.

Основу ЭС промышленных предприятий составляют понизительные подстанции. Они предназначены  для преобразования и распределения  ЭЭ и состоят из трансформаторов  и распределительных устройств. На предприятии в зависимости  от числа и мощности понизительных  подстанций, которые в данном случае играют роль источников ЭЭ, различают  следующие виды подстанций:

- главные понизительные подстанции (ГПП), получающие питание от энергосистемы и производящие распределение ЭЭ на более низком напряжении по всему предприятию;

- подстанции глубокого ввода  (ПГВ), получающие ЭЭ от энергосистемы и питающие отдельный объект предприятия, при этом они располагаются вблизи крупных нагрузок на территории предприятия;

- трансформаторные подстанции (ТП), питающие потребителей прилегающих цехов.

ТП являются одним из основных элементов ЭС. Они служат для приема, преобразования и распределения ЭЭ. Цеховые ТП делятся на:

-внутрицеховые ТП, которые располагаются внутри производственных зданий большой площади;

- встроенные ТП, это закрытые ТП, вписанные в контур основного здания (позволяет выкатывать тр-р из камеры прямо за пределы цеха);

- пристроенные ТП, это подстанции, примыкающие непосредственно к стенам здания (закрытые, открытые);

- отдельно стоящие ТП расположены отдельно от здания цеха (когда размещение встроенных, пристроенных ТП невозможна по условию тех.процесса).

Каждая подстанция имеет РУ (распределительное устройство), которой служит для приема и распределения  ЭЭ. Существуют открытые РУ (ОРУ), где  оборудование располагается на открытом воздухе и закрытые РУ (ЗРУ) –  все оборудование размещено внутри здания. Для ОРУ аппараты выполняются  с более усиленной изоляцией, что удорожает оборудование.

Для удобства монтажа и унификации оборудования применяют КРУ (комплектные распределительные  устройства) и КТП (комплектные трансформаторные пункты).    

Схемы ЭС цехов  на предприятии весьма разнообразны и их построение обусловлено многими  факторами: категорией электроприемников, территорией и т.п. Одним из основополагающих принципов – является применение глубокого ввода, что означает максимально возможное приближение источников высокого напряжения, или подстанций, к  потребителям с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.

- на крупных предприятиях – глубокие вводы отходят от ГПП или РП, получающих энергию от энергосистемы;

- на предприятиях средней мощности – линии глубоких вводов (напряжением 35-110 кВ) вводятся на территорию непосредственно от энергосистемы;

- на небольших предприятиях – достаточно иметь одну подстанцию для приема ЭЭ;

Выбор рациональной схемы электроснабжения наряду с выбором напряжения является одним из главных вопросов, решаемых при разработке проекта реконструкции  системы электроснабжения. Схема  должна быть простой, удобной в эксплуатации, ремонтопригодной, предусматривать  применение комплектного электрооборудования  и индустриальных способов монтажа.

ВИДЫ СХЕМ:

1. Радиальные;
2. Магистральные;
3. Смешанные.

 

Радиальная схема – электроснабжение осуществляется линиями, не имеющими распределения энергии по их длинам (Рис.    ). Такие линии называют радиальными. В ЭС городов радиальные линии называют питающими. Линии W1 – W4 на рис.        – радиальные. Питание потребителя П1 на рис.       , производится двумя линиями W1 и W2 . Такая схема называется радиальной с резервированием. С целью повышения надежности, линии W1 и W2 приемников 1 категории подключают к разным источникам питания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.      Схемы электроснабжения: а) радиальная; б) магистральная; в) смешанная. 
 Магистральная схема– линии, питающие потребителей (приемники), имеют распределение энергии по длине (рис.       б). Такие линии называют магистральными (линия W). При магистральном подключении ТП (на проходной ТП) целесообразно на некоторых из них на питающих или отходящих линиях использовать силовые выключатели с защитами, с целью локализации поврежденного участка сети и ограничения числа отключенных при этом ТП.