2

Учебник Л.Л. Коновалова Л.Д. Рожкова «Электроснабжение промышленных предприятий и установок»

Липкин Б.Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок»

11 сентября 2012

Электроприёмники и режимы их работы.

Основные понятия и классификации электроприёмников.

Системой электроснабжения (СЭС)- называется совокупность устройств, для производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Система электроснабжения создается для обеспечения электропитания промышленных, городских, сельскохозяйственных и прочих потребителей.

Электроприёмником (ЭП)- называют электрическую частью установки, получающую электроэнергию от источника и преобразующую ее в другие виды энергии:

- Механическую;

- тепловую;

- световую и т.д.

По роду тока приемники делятся на группы использующиеся:

- переменный;

- постоянный;

- импульсный ток.

По номинальному напряжению ЭП делятся на:

- электроприёмники до 1000 вольт;

- электроприёмники свыше 1000 вольт.

По режиму нейтрали делятся:

- глухо-заземленные нейтрали;

- с эффективно заземленной через активное сопротивление нейтралью;

- с изолированной нейтралью;

- с компенсированной индуктивностью нейтралью.

Электроприёмники (ЭП) делятся по величине тока замыкания на землю на:

- ЭП с малыми токами с замыканием на землю (до 500 Ампер)

- ЭП с большими токами на землю свыше 500 ампер.

По частоте ЭП делятся на группы использующие:

- промышленную частоту 50 герц;

- повышенную частоту от 50 герц до 10 килогерц;

- пониженную частоту до 50 герц;

- высокую частоту свыше 10 килогерц.

По виду графиков нагрузки ЭП подразделяются на группы режимов работы:

- продолжительный режим работы;

- коротковременный режим;

- повторно-коротковременный режим.

По степени симметрии нагрузка ЭП может быть:

- Трехфазной семетричной (двигатели, трехфазные печи);

- не симметричные однофазные или двух фазные, если её не удается распределить между фазами равномерно (однофазные трансформаторы сварочные).

По надежности и бесперебойности питания, потребители эл. энергии делятся на три категории:

1. потребители первой категории это - приемники перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или большой материальный ущерб связанный с повреждением оборудования.

2. потребители второй категории –это приемники перерыв в эл. снабжении связан с существенным недоотпуском продукции с простоем людей (экономический ущерб)

3. потребители третьей категории - это приемники перерыв в эл. снабжении которых не приведет к материальному ущербу и опасности жизни людей.

Особая группа потребителей - сверхответсвенные потребители, для них необходим независимый источник питания.(операционные, опасное производство и т.п.)

По величине пусковых токов различают ЭП:

- с существенными пусковыми токами;

- не существенными пусковыми токами.

Пусковые токи ЭП и их длительность следует считать существенными, когда их учет приводит к коррекции параметров элементов системы электроснабжения выбранных по токам нормального режима.

Установленная мощность является одной из важнейших характеристик ЭП (электро-потребителей) и определяется как сумма номинальных мощностей однородных приёмников.

У различных ЭП номинальная мощность «S»понимается по разному:

1. у электродвигателей номинальная мощность равна мощности на валу при номинальной продолжительности включения.

2. у электро-технологических установок номинальная мощность равна полной мощности потребляемой из сети

3. у ламп накаливания номинальные и потребляемые мощности совпадают.

Активная мощность- тены

Синхронные двигатели выдают реактивную «-» мощность (емкостную), при длительном режиме работы (перевозбуждении). При больших мощностях используют синхронные двигатели от 150 киловат.

Основные сведения о системах электроснабжения объектов.

НН – низковольтное напряжение

ВН - высокое напряжение

По характеру потребителя и от назначения территории, на которых они находятся, различают:

- сети промышленных предприятий;

- сети в сельской местности;

- сети электрического транспорта;

- городские сети.

Так же имеют районные сети - предназначенные для соединения крупных электрических станции и подстанции напряжения выше 35 киловольт.

Сети межсистемных связей - предназначены для соединения крупных электроэнергетических систем, напряжением 330, 500 и 750 киловольт.

Потребитель – это предприятие, организация либо территориально обособленный цех, у которых электроприемники присоединены к электрической сети (источник питания) по роду тока и напряжения идентичны.

Электроустановками – называют совокупность машин, аппаратов, линии и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи, накопления и распределения электрической энергии и преобразование ее в другой вид энергии. Примеры: электрическая подстанция, линия электропередач.

Электроэнергетической системой (энергосистема) - называют совокупность электростанции, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты, при общем управлении этим режимом.

Электрической сетью - называют совокупностью электроустановок для передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ) состоящих из подстанции, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линии электропередачи ЛЭ работающих на определенной территории.

Подстанцией - называют электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из трансформаторов или других преобразователей электроэнергии, распределительного устройства, из устройства управления и вспомогательных сооружении.

Трансформаторную подстанцию называют комплектной (КТП) (ТП сборочная на месте) - при поставке трансформаторов, щита низкого напряжения и других элементов, в собранном виде или виде, полностью подготовленном для сборки.

Электрическая подстанция – это электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии.

Распределительным устройством - называют (РУ) электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и т.д.), а так же устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Е сли все или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе оно называется открытым распределительным устройством (ОРУ), если всё или основное оборудование находится в здании, то оно называется закрытое распределительное устройство (ЗРУ).

РУ состоящее из полностью или частично закрытых шкафов и блоков со встроенными в них аппаратами устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или подготовленном для сборке виде называют – комплектным, и обозначают:

- КРУ - комплектное распред. устройство для внутренней установки,

- КРУН - комплектное распред. устройство для наружной установки.

Распределительным пунктом – называют РУ предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Распределительный пункт до 1 киловольта – называют силовым пунктом или сборкой. Для напряжения 6-10 киловольт широко применяется понятие - распределительная подстанция (РП).

Распределительным щитом – называют РУ до 1 киловольта, предназначенное для управления линиями сетей и их защиты.

Станция управления – это комплектное устройство до 1 киловольта, предназначенное для дистанционного управления электроустановками или их частями с автоматизированным управлением функции.

Электрические параметры электроэнергетических систем.

«не симметрия» - это когда с проводов снимается не равное напряжение.

Различают параметры элементов сети и параметры ее режимов.

Параметрами элементов электрической сети являются:

- сопротивление;

- проводимости;

- коэффициенты трансформации.

К параметрам сети так же относят:

- ЭДС источников;

- мощности нагрузок (токи).

К параметрам режима сети относятся:

- значение частоты;

- значение токов в ветвях;

- напряжения в узлах;

- фазовых углов;

- полной, активной и реактивной мощностей электропередачи;

- а так же значения характеризующее не симметрию трехфазной системы напряжении или токов.

Под режимом сети - понимается ее электрическое состояние.

Возможные режимы работы электрических систем.

1. Нормально установившейся режим.

Это когда значение основных параметров (частота и напряжения) равны = номинальным или находятся в пределах допустимых отклонениям от них, значение токов не превышают допустимых величин по условиям нагрева. Нормальным считается режим при включении и отключении мощных линии или трансформаторов, а так же для резко переменных (ударных) нагрузок.

2. Переходный не установившийся режим.

Система переходит из установившегося нормально состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами, этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей.

Во время аварийного переходного режима параметры режима системы могут резко отклонятся от нормированных значениях.

3. После аварийный установившийся режим.

Наступает после локализации аварий в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального так как в результате аварий один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При этом режиме может возникнуть дефицит мощности, когда мощность генераторов оставшихся в работе части системы, меньше мощности потребителей.

Напряжение электрических сетей

Первичные обмотки трансформаторов независимо от того повышающие они или понижающие, играют роль потребителей электроэнергии.

Генераторы электрических станции и вторичные обмотки трансформаторов находятся в начале питаемой ими сети, поэтому их напряжение должны быть выше номинально напряжения приемников на величину потерь напряжения в сети. Обычно принимают номинальное напряжение вторичных обмоток трансформатора на 5-10% выше (напряжение) номинального для электроприемника или сети.

17 сентября 2012 кВт – киловат, кВ – киловольт,

Номинальное напряжение электрических систем

Напряжения, указанные в скобках для вновь проектируемых сетей не рекомендуется

Знаком (*) отмечены напряжение трансформаторов, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электрических станции или к выводам генераторов.

Выбор напряжений

Напряжение каждого звена системы, электроснабжения, должно выбираться с учетом напряжении смежных звеньев. На основании технико-экономических сравнении, вариантов, выбор напряжения производится в следующих случаях;

1. Имеется возможность получения энергии от источника питания при двух и более напряжениях.

2. Предприятие с большой потребляемой мощностью нуждается в сооружении или значительном расширении существующих районных подстанции, электростанции или сооружении собственной электростанции.

3. Имеется связь электростанции предприятии с районными сетями.

При выборе вариантов предпочтение следует отдавать варианту с более высоким напряжением. Для питания больших предприятии на первых ступенях распределения электроэнергии, следует применять напряжение 110, 220 и 330 кВ.

Напряжение 35 кВ следует применять для частичного, внутризаводского распределения электроэнергии в случающих случаях;

1. При наличии крупных электроприемников питающихся напряжением 35 кВ.

2. При наличии удаленных от источников питания нагрузок.

Напряжение 20 кВ следует применять для электроснабжения отдельных объектов предприятия, это могут быть:

- рудники;

- карьеры;

- определенные населенные пункты.

Напряжение 10 кВ применяют для распределительных сетей, от которых питаются электродвигатели мощность от 350 и до 630 кВ.

Напряжение 6 кВ применяется, когда имеется электроприемники номинального напряжения 6 кВ и их суммарное мощность приближается к половине мощности трансформатора, а так же если возможно ограничения токов короткого замыкания на шинах 6 кВт, без значительного усложнения схемы. Оно так же применяется при схеме электроснабжения блок-трансформатор-двигатель, если число двигателей 6кВт не велико, мощности их значительны, и они расположены, обособлено друг от друга.

Напряжение 380/220 вольт должно применяться для питания силовых и осветительных электроприёмников от общих трансформаторов.

Напряжение 660 вольт, для внутрицехового электроэнергии чаще всего применяется:

- при значительном количестве двигателей мощностью от 350 до 630 кВ,

- при длинных и разветвленных сетях напряжением до 1000 вольт,

- при первичном напряжении распределительной сети 10 кВ,.

Подстанции

Главной понизительной подстанцией (ГПП) – называется подстанция, получающая питание напряжением 35-220 кВ, непосредственно районной энергосистемы и распределяющая электроэнергию на напряжение 6-35 кВ, по всему объекту или отдельному району, то есть по трансформаторным подстанциям предприятия, включая питание крупных электроприемников напряжением 6, 10 и 35 кВ.

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

Подстанции глубоко ввода (ПГВ) – называются, подстанция, выполненная по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении, получающая питание напряжением 35 - 220 кВ, непосредственно от энергосистемы или от - узловой распределительной подстанции (УРП), данного района и предназначенная для питания энергоемких, отдельных объектов или районов 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 трансформации), по подстанциям ПГВ на территории предприятия.

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

Нейтрали.

Нейтраль – это соединение точек нулевого потенциала оборудования. (нейтраль рисуют со стороны вторичной обмотки).

В установках с большими токами замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малое сопротивление. Такие установки называются – установками с глухо-заземленной нейтралью. В установках с глухо-заземленной нейтралью всякое замыкание на землю, является коротким замыканием и сопровождается большим током.

Р ис. Трех фазная четерёх-проводная сеть напряжением 380-220 В, с глухо-заземленной нейтралью, при коротком замыкании одной фазы на землю.

В установках напряжением до 1 кВ применяют 4-ех проводные и 3-ех проводные сети, как с глухо-заземленной, так и с изолированной сетью. В установках имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями, такие установки называются – установками с изолированной нейтралью. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием.

Рис. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью: схема протекания емкостных токов при однофазном замыкании на землю.

Сети напряжения до 1 кВ с изолированной нейтралью являются, как правило, малоразветвленной, к ним так же относятся трехпроходные сети напряжением 380 и 660 В.

Электроустановки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях в отношениях безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, гонные карьеры и др. опасные производства) и при условии надежного контроля изоляции сети для быстрого обнаружения замыкания на землю. Системы с изолированной нейтралью, как правило, не имеют четвертого (нулевого) провода. В таких сетях при замыкании на землю через место повреждения будут проходить только емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз. Напряжение поврежденной фазы по отношению к земле будет равно нулю, а напряжение двух других фаз становится равными междуфазным напряжением. При замыкании на землю система питания сети с изолированной нейтралью не отключается и может работать до отыскания повреждения персоналом согласно ПУЭ до 3 часов.

18 Сентября 2012

Продолжение:

В связи с тем, что при изолированной нейтрали сети во время замыкания на землю одной фазы, напряжение двух других фаз относительно земли увеличиваются в (корень из трех раз) изоляцию всех трех фаз сети нужно предусмотреть не на фазное, а на междуфазное напряжение.

Применение и выбор нейтрали на территории Российской Федерации.

1. В сетях напряжения от 6 до 35 кВ малыми токами замыкания на землю применяется изолированная нейтраль.

2. В сетях напряжения от 110 кВ и выше, применяется глухо-заземленная нейтраль.

3. В системах электроснабжения, которые питают опасные и особо важные объекты, как правило, применяется изолированная нейтраль, так как в системы с изолированной нейтралью надежней, чем с глухо-заземленной.

Электростанции

1. Атомные электростанции (АЭС);

2. теплофикационные (ТЭЦ) или теплоэлектроцентрали;

3. гидроэлектростанции (ГЭС);

4. ветряные электростанции;

5. приливные электростанции (ПЭС);

6. солнечные электростанции;

7. геотермальные электростанции.

Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудования напряжением до 1 кВ.

Электрические сети до 1кВ.

Служат для распределения электроэнергии внутри цехов промышленных предприятии, а так же питания электроприемников расположенных за пределами цеха.

Внутрицеховые сети делятся на питающие и распределительные:

1. Питающие сети - отходят от источника питания (трансформатор питания) к распределительным шкафам или распределительным винопроводам, а так же к некоторым крупным электроприемником.

В некоторых случая питающая сеть выполняется по схеме: блок –трансформатор-магистраль (БТМ)

2. Распределительные внутри распределительные сети – это цепи, к которым непосредственно подключаются различные электроприемники цеха. Эти сети выполняются с помощью распределительных винопроводов ШРА и распределительных шкафов. По своей структуре внутри распределительные сети бывают: радиальные, магистральные и смешанные.

А) Радиальные схемы – применяют при сосредоточении нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, а также во взрыва и пожароопасных цехах, в цехах химически активной средой.

Эти схемы выполняются кабелями или изолированными проводами, данные схемы используются для электроснабжения любых категории надежности.

Рис. Радиальная схема – 1

Достоинства:

1. высокая надежность электроснабжения (при повреждении одной линии электроснабжения остальные линии продолжат электроснабжение цеха)

Недостатки:

1. большое количество проводников и коммутационных аппаратов, аппаратов защиты

2. не удобный монтаж вновь вводимого электрооборудования

3. монтаж сравнительно дорог по отношению к схемам магистрального электроснабжения.

Б) Магистральные схемы – применяют для питания силовых и осветительных сетей распределенных относительно равномерно по площади цеха, а также для питания группы электроприемников принадлежащих одной технологической линии. Как правило, при этой схеме одна питающая магистраль обслуживает несколько распределительных шкафов и крупные электроприемники цеха.

Рис. Магистральная схема. 2

Достоинства:

1. возможность подключения новых электроприемников без изменения схемы электроснабжения

2. меньшее количество аппаратов защитников и проводников по сравнению с радиальной схемой

3. отсутствия распределительного устройства низкого напряжения

Недостатки:

1. Меньшая надежность по сравнению с радиальными схемами энергоснабжения, так как повреждения главной магистрали влечет за собой отключение большого количества электроприемников.

2. Нежелательно применение при первой категории надежности электроснабжения.

Смешанная схема электроснабжения

Эти схемы состоят из элементов радиальной и магистральной схемы

Достоинства:

1. Применяются для питания электроприемников любой категории надежности электроснабжения

2. Гибкая схема (применяется для электроснабжения цехов практически с любым технологическим процессом)

Недостатки:

1. неудобства электроснабжения отдалённых электроприемников

2. при большом количестве электроприемников монтаж данной схему электроснабжения довольно сложен

Чаще всего данные схемы применяются для питания электроцехов состоящих из несколько здании, а так же при сосредоточении крупных нагрузок.