5.8. Основные вопросы проектирования и расчетов сэс

Исходные материалы и общие задачи проектирования. Общими исходными сведениями являются: район осуществления СЭС того или иного объекта, его климатические и геолого-географические условия; источники питания электроэнергией (ПС ЭЭС, ТЭЦ, ДЭС и т.п.).

Технические исходные сведения состоят из: генерального плана объекта электроснабжения, включающего схему-план застройки территории объекта, технологические характеристики всех цехов промышленного или сельскохозяйственного предприятия, зданий жилого района, населенных пунктов сельскохозяйственного региона, типа ПС электрического транспорта и т.п.; состав и установленные мощности всех ЭП, включая сведения о требованиях к надежности их питания, пожаро- или взрывобезопасности сырья и продукции, охраны экологической среды, см [5.6] и т.п.

Расчетные электрические нагрузки потребителей электроэнергии и электрических сетей. Понятие расчетной электрической нагрузки подразумевает то наибольшее значение мощности (кВт, квар, кВ · А), которое может потреблять конкретная группа ЭП или ПЭ в целом с учетом реальных технологических процессов и их взаимозависимостей. Расчетные электрические нагрузки линий и трансформаторов подстанций определяются аналогичными условиями комплексов однородных или неоднородных ПЭ, питаемых по этим элементам электрических сетей.

Приводимые в нормах расчетные электрические нагрузки указываются для наибольших их суточных значений длительностью 30 мин, что соответствует установившейся температуре нагрева проводников под действием протекающего тока.

В нормах проектирования СЭС приводятся расчетные нагрузки в виде потребления активной мощности характерными группами ЭП (металлорежущие станки, квартиры, животноводческие помещения и т.п.). Нормативные расчетные (активные) нагрузки устанавлива­ются на основе массовых их измерений в периоды и часы их наибольших значений (например, в декабре в рабочие дни с 16 до 20 ч). Полученные комплексы измеренных нагрузок обрабатываются с применением мето­дов математической статистики, на основе чего определяются для групп однородных ЭП:

среднестатистическое значение активной нагрузки

σ(Р_i) — среднеквадратическое отклонение измеренных нагрузок

от ;

где i - та или иная группа ЭП.

Расчетная активная нагрузка, кВт:

P_P.i= + β[σ(Р_i)]

=где β = 2—3 — мера рассеяния, обеспечивающая интегральную вероят­ность того, что реальные нагрузки не превзойдут ее расчетное значение в 97,5—99,9 % случаях.

Расчетные реактивные нагрузки в большинстве случаев определяются по расчетным активным нагрузкам и эмпирическим средним значениям коэффициентов реактивной мощности (tg φ). Подробнее см. [5.2, 5.11, 5.12, 5.13].

Для снижения потерь электроэнергии и потерь напряжения применя­ется выработка реактивной мощности непосредственно в узлах ее потребления в электрической сети — компенсация реактивных нагрузок. С этой целью применяются установки конденсаторов 0,4—10 кВ, стати­ческие тиристорные компенсирующие установки, а также выработка реактивной мощности синхронными двигателями, работающими в режиме перевозбуждения. В последнем случае используются лишь электродвигатели, необходимые по технологическим соображениям. Такое использование синхронных двигателей оправдано при их большой мощности (десятки и сотни киловатт) с высокой частотой вращения (более 150—200 об/мин) и загруженных по активной мощности не более 0,7—0,8 номинальной. Соотношение реактивной мощности, компенси­руемой синхронными двигателями и установками конденсаторов, уста­навливается специальными расчетами.

Компенсация реактивных нагрузок остро актуальна для СЭС про­мышленности, где большую часть электроэнергии потребляют асинхрон­ные двигатели и потому «естественный» коэффициент мощности состав­ляет 0,7—0,75. В СЭС коммунально-бытовых ПЭ, как правило, установка компенсирующих устройств не требуется, так как в периоды наибольших

нагрузок коэффициенты мощности на шинах 6—10 кВ понижающих ПС не менее 0,90—0,92.

Подробнее технически и экономически важная тема источников реак­тивной мощности изложена в [5.2, 5.7, 5.12].

Условия выбора параметров электрооборудования СЭС. Методы выбора параметров электроустановок изложены в [5.2, 5.11, 5.12, 5.27].

Отмечаются также возможности перегрузок (сверх нормативных) кабелей до 1 кВ и 6—20 кВ как систематических в нормальных режимах схем электрических сетей, так и кратковременных (1,15—1,3) при послеаварийных состояниях схемы [5.19]. Данные возможности обусловлены недоизносом теплового и изолирующего ресурса изоляции, связанного с неравномерностью суточных графиков активной и реактивной мощности ПЭ. Существуют аналогичные возможности перегрузок трансформаторов 6—20/0,4 кВ, особенно ощутимые для трансформаторных подстанций коммунально-бытовых и сельских ПЭ.

Задачи расчетов режимов электрических сетей. Расчеты режимов электрических сетей СЭС основываются на общих положениях теории электрических сетей. Основной задачей расчетов является выбор номи­нальных параметров основного электрооборудования СЭС (проводов, кабелей, трансформаторов, компенсирующих устройств), определение потоков мощностей во всех элементах сетей и рабочих напряжений при нормальных и аварийных состояниях схем в режимах наибольших и наи­меньших нагрузок ПЭ.

Особенностью расчетов режимов сетей до 1 кВ и 6—20 кВ является не учет активных и реактивных проводимостей линий. При кабельных линиях до 20 кВ допускается не учитывать реактивные сопротивления при сечениях жил до 70—95 мм² трёх- и четырехжильных кабелей.

Второй центральной задачей расчетов режимов рассматриваемых электросетей является определение рабочих напряжений на шинах' ПС 6—20/0,38—0,66 кВ и в узлах подключений ЭП. Конечная цель данных расчетов — определение рабочих отклонений напряжения на зажимах ЭП (во всех расчетных режимах) и сопоставление их с допустимыми нор­мативными. Сложности могут заключаться в подборе рабочих ответвле­ний трансформаторов типа ПБВ 6—20/0,38—0,66 кВ, при которых соблюдаются допустимые отклонения напряжения во всех режимах при одном и том же рабочем ответвлении трансформатора.

При наличии резкопеременных нагрузок и при пусковых режимах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором необходим расчет размаха изменений (колебаний) напряжения и сопоставление результатов данных расчетов с допустимыми значений колебаний. Для СЭС, содержа­щих выпрямительные установки, а также при резкопеременных перегрузках, необходима проверка соблюдения допустимых характеристик несинусоидальности напряжения. При крупных однофазных ЭП проводится расчет несимметрии фазных напряжений. Расчеты качества напряжения коммунально-бытовых ПЭ, в которых основная часть ЭП — однофазные, на стадии проектирования могут выполняться в предположении симмет­ричности нагрузок фаз на вводах в здание.