3032

Рис. 7.3. Номограмма для приближенного определения рационального напряжения

На рис. 7.3, д-С0 = 0,8 у.е./(кВтч); е-С0 = 0,4 у.е./(кВтч);

ж, з, и-С0 = 1 у.е./(кВтч); д, е-с трансформацией на 6 кВ; ж- то же на 10 кВ; з-то же на 20 кВ; и-то же на 35 кВ.

Как следует из сказанного выше выбор напряжения в системах электроснабжения в каждом конкретном случае зависит от передаваемой мощности и от расстояния источника питания до потребителя. Шкалы напряжений, используемые в России напряжения (6, 10, 20, 35, 110, 220, 300, 500, 750 кВ и т.д.) характерны и для других стран.

Питание электроэнергией крупных промышленных и транспортных предприятий и городского хозяйства осуществляется на напряжениях 110 и 220 кВ, а особо крупных и энергоёмких 330 и 500 кВ.

151

Рекомендации по выбору напряжения в электрических сетях. Поскольку каждая трансформация вызывает потери электроэнергии до 35 % и более всего трансформируемого потока электроэнергии, то схемы систем электроснабжения строят, исходя из принципа максимально возможного приближения источника электроэнергии высшего напряжения к электроустановкам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации.

Распределение энергии на первых ступенях выполняется на напряжении 110 или 220 кВ. Напряжение 110 кВ применяется чаще, т.к. в этом случае легче разместить воздушные линии электропередачи на застроенных территориях предприятий и городов. Распределение энергии между потребителями при напряжении 220 кВ целесообразно тогда, когда это напряжение является также и питающим.

С целью сокращения числа трансформаций применяют глубокие вводы (35220 кВ) кабельных и воздушных линий электропередачи. Схема ввода кабельных радиальных линий непосредственно в трансформатор подстанции является простейшей, наиболее компактной и надёжной. При использовании глубоких вводов возможно применение компактных, полностью закрытых ячеек КРУЭ (комплектных распределительных устройств с элегазовым наполнением) на напряжение 110 кВ.

Напряжение 35 кВ используют в питающих и распределительных сетях промышленных предприятий средней мощности, в небольших и средних городах и в сельских электрических сетях, а также для питания на крупных предприятиях мощных электроприёмников: электропечей, выпрямительных установок и т. п.

Напряжение 20 кВ используется сравнительно редко для развития сетей, имеющих это напряжение; оно может оказаться целесообразным в районах с небольшой плотностью

152

электрических нагрузок, а также в больших городах и на крупных предприятиях при наличии ТЭЦ с генераторным напряжением 20 кВ.

Напряжения 10 и 6 кВ применяют при распределении электроэнергии (на различных ступенях электроснабжения) на промышленных предприятиях, в городах и др. Эти напряжения пригодны также для питания объектов небольшой мощности, недалеко отстоящих от источника питания. В большинстве случаев целесообразно использование напряжения 10 кВ в качестве основного.

Краткие выводы. В связи с тем, что производство электроэнергии происходит при генераторном напряжении 6...20 кВ, передача ее от электростанций на крупные районные подстанции осуществляется при напряжении 110...750 кВ; предприятия промышленности питаются напряжением 35...220 кВ, а потребители электроэнергии на предприятиях и в быту - напряжением 6 (10) кВ и 380/220 В; на пути электроэнергии от производителя к потребителям происходит тричетыре трансформации напряжения. Поэтому мощность трансформаторов в электрической системе в несколько раз больше, чем генераторов или приемников электроэнергии.

7.2. Графики нагрузок электроустановок

Режим потребления электроэнергии может быть представлен графиком нагрузки - зависимостью активной, реактивной или полной мощностей от времени. Различают суточные графики для разных дней недели и разных периодов года (зимний, летний, весенний, осенний), а также годовые графики. Суточные графики нагрузки представляют собой непрерывные кривые зависимости P(t), Q(t) или S(t). Однако при проектировании электроустановок, разного рода расчета, непрерывные графики обычно заменяют приближенными ступенчатыми графиками (рис. 7.4, а, б). Характерными

153

величинами (показателями) суточного графика являются: максимальная суточная нагрузка Рmах; минимальная дневная Рдн,min и минимальная ночная Рmin нагрузки; средняя суточная нагрузка Рср.сут = Асут/24; коэффициент заполнения графика Кзп,сут = Рср,сут/Рmах коэффициент неравномерности нагрузки или отношение Кнр = Рmin/Рmах.

Рис. 7.4. Графики активной нагрузки потребителей:

а– суточный непрерывный; б – суточный ступенчатый;

в– годовой по продолжительности

Годовые графики (рис. 7.4, в) строят по характерным суточным графикам для зимних, весенне-осенних и летних дней. При этом координаты этих графиков располагают вдоль оси абсцисс от 0 до 8760 часов, в порядке их значений. При таком построении графика абсцисса t1, соответствующая ординате P1, указывает время в часах, в течении которого нагрузка принимает или равна Р1. Такие графики называют графиками, построенными по продолжительности.

Площадь суточного или годового графика соответствует в некотором масштабе электроэнергии А, потребленной в течение суток или года.

Коэффициенты графиков нагрузки.

Коэффициент заполнения или плотность заполнения

154

недельного графика суточного электропотребления

характеризуется:

Плотность месячного графика недельного электропотребления характеризуется коэффициентом межнедельной неравномерности:

Плотность годового графика месячного электропотребления определяется коэффициентом:

Kгод=Рср,год./Рср,мес. (7.10)

Коэффициент летнего снижения максимальных нагрузок:

Коэффициент годового роста нагрузки:

где Рмах,1 – максимальная нагрузка на начало года (январь).

Коэффициент использования:

155

Коэффициент формы графика нагрузок:

Время использования максимума:

Назначение графиков нагрузки

Графики нагрузки предназначены для:

определения времени пуска и остановки агрегатов, включения и отключения трансформаторов;

определения количества выработанной (потребленной) электроэнергии;

ведения экономичного режима работы электроустановок;

планирования ремонтов электроустановок;

проектирования и модернизации электроустановок.

Пути регулирования графиков нагрузки

подключение сезонных потребителей (орошение, торфоразработки и т.д.);

подключение нагрузки ночью (насосные, аккумулирующие станции);

увеличение числа рабочих смен;

смещение начала смен;

разнос выходных дней;

оплата как за активную, так и за реактивную

энергию;

уменьшение перетоков реактивной мощности по

157

сети;

объединение электростанций в энергосистемы.

7.3. Потери мощности и электроэнергии в электрических сетях

Электрические сети выполняются воздушными и кабельными линиями электропередачи. Воздушные линии сооружаются на деревянных (до 35 кв), металлических или железобетонных опорах. Используются одноцепные и двухцепные опоры с грозозащитными тросами. Последние заземляются наглухо, либо через искровые промежутки. Расстояние между проводами, а также проводами и заземленными частями зависит от уровня напряжения сети, расстояния между опорами и от климатических условий (гололед, ветер) на трассе линий. Типовые конструкции опор воздушных линий приведены на рис. 7.5.

Кабельные линии выполняются как из одиночных кабелей, так и из пучков кабелей.

Наибольшее распространение имеют кабельные линии 6 10 кВ, реже 35 кВ. Кабельные линии 110 и 220 кВ не получили пока широкого применения, что в основном объясняется значительно большей стоимостью кабельных линий по сравнению с воздушными (6 35 кВ в 2 3 раза, а 110кВ в 5 8 раз).

Кабели (6 10) кВ обычно имеют поясную изоляцию (рис. 7.6,а), а кабели (20 35) кВ отдельно освинцованные жилы, (рис. 7.6,б). Изоляция жил и поясная изоляция выполняются из пропитанной компаундом кабельной бумаги. Прослойки заполняются джутовым наполнителем.

Фазная или поясная оболочка кабелей, препятствующая проникновению влаги и воздуха, изготавливается из свинца или алюминия, внешняя броня — из стальной ленты. Снаружи

158

кабели имеют джутовый покров.

Рис. 7.5. Типовые конструкции воздушных линий электропередачи:

а – одностоечная, двухцепная, типа “бочка”; б, г, д – одностоечная, одноцепная;

в– двухстоечная, одноцепная;

е- одностоечная, двухцепная, типа “елка”;

ж- одностоечная, двухцепная, типа “перевернутая елка”

Алюминиевые жилы кабелей до 35 мм2 включительно изготовляют однопроволочными, 50–240 мм2 – однопроволочными или многопроволочными, 300–800 мм2 – многопроволочными.

Нулевая жила или жила защитного заземления, как правило, имеет сечение, уменьшенное по сравнению с основными жилами.

159

Рис. 7.6. Конструкции силовых кабелей 6-35 кВ:

а– кабель 6-10 кВ с поясной изоляцией;

б– кабель 35 кВ с отдельно освинцованными жилами

При напряжении 35 кВ используются также газонаполненные кабели с избыточным давлением инертного газа (обычно азот). В таких кабелях практически исключены деформации оболочки и образование пустот из-за значительно большего коэффициента линейного расширения кабельной массы по сравнению с температурным коэффициентом линейного расширения кабельной бумаги.

При напряжениях более 70 кВ кабели с вязкой пропиткой не могут быть использованы.

Кабели на напряжение 110 кВ выполняются маслонаполненными или газонаполненными. При этом давление масла в кабелях составляет (1—15) ата, а газа

(3—15) ата.

Потери мощности и электроэнергии

В общем случае потери мощности и энергии в электрических сетях складываются из потерь в линиях и в

160