книги из ГПНТБ / Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства учеб. пособие

Как уже отмечалось, степень надежности электроснабжения сель­ ских потребителей определяется совершенством схемы. При сущест­ вующих схемах электроснабжения сельских потребителей от мощных энергосистем эту надежность на основании имеющихся литературных данных можно характеризовать определенными числами часов пере­ рывов t электроснабжения за год. Так, на 100 км воздушных линий напряжением 6—10 кВ число аварийных отключений составляет в среднем 16 в год общей продолжительностью до 80 ч, а плановых (для ремонта и ревизий) — 19 длительностью 90 ч. Эти цифры показывают, что в сельском электроснабжении надежность находится еще не на достаточно высоком уровне и ее необходимо в разумных пределах повышать, совершенствуя схемы электроснабжения и эксплуатацию сельских сетей.

§ 3. Технические средства повышения надежности сельского электроснабжения

Для повышения надежности электроснабжения сельских потре­ бителей прежде всего необходимо уменьшить недоотпуск электроэнер­ гии за счет плановых отключений, связанных с проведением ремонтов и других работ в сельских сетях. По статистическим данным, до 50% перерывов в электроснабжении сельского хозяйства вызывается эти­ ми причинами. Такие перерывы можно резко сократить, согласовывая с потребителями главным образом первой и второй категорий сроки и продолжительность плановых отключений. В связи со сравнительно малым числом часов использования максимума сельских потребите­ лей заранее согласованное их отключение на несколько часов в боль­ шинстве случаев возможно без сколько-нибудь значительного ущерба.

Иначе обстоит вопрос с аварийными отключениями. Известно, что повышение надежности электроснабжения городов и промышленности достигается главным образом широким применением сетевого резер­ вирования, в частности с использованием автоматического включения резерва. Сетевое резервирование обеспечивается применением коль­ цевых и двухцепных сетей, линий с двухсторонним питанием и т. д. В сельскохозяйственных сетях сетевое резервирование, в частности двустороннее питание, используют главным образом в тех районах, где есть развитые сельские сети (Калининградская область, Прибал­ тика, Московская и другие центральные области, отчасти Украина, Урал и т . д.). В большинстве же сельских районов страны, где потре­ бители разбросаны по большой территории, а плотность нагрузки мала, использовать сетевое резервирование пока экономически не­ целесообразно. Бесперебойное электроснабжение отдельных наиболее ответственных потребителей обеспечивается в таких случаях приме­ нением резервных электростанций (гл. X I V ) .

Большое значение для повышения надежности электроснабжения сельских потребителей, несомненно, имеет применение сетевой авто­ матики, в частности автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического секционирования сельских сетей. В электроснаб-

жении сельского хозяйства основным элементом пока являются воз­ душные линии передачи, которые под воздействием атмосферного электричества, вследствие гололедов и других природных явлений повреждаются чаще всего. Очевидно, широкое внедрение сетевой ав ­ томатики на этих линиях необходимо в первую очередь. Поскольку большинство аварий на воздушных линиях передачи происходит вследствие атмосферных перенапряжений (гл. X) , набросов, схле­ стываний проводов и т. п., такие аварии после отключения повреж­ денной линии в подавляющем большинстве случаев самоликвидиру­ ются. Автоматическое повторное включение, быстро следующее за аварийным отключением, восстанавливает нормальное питание и прак­ тически ликвидирует недоотпуск электроэнергии.

Рис. 4. Секционирование сельских сетей:

о — параллельное; б — последовательное; в — смешанное; MB — голов­

ной подстанционный выключатель; 1 — 12 — секционирующие аппараты.

Многолетние статистические данные по применению АПВ на воз­ душных линиях передачи показывают, что успешное АПВ, когда линия после включения нормально работает, получается в 75—80% случаев. При использовании двукратного АПВ успешный результат достигается уже в 85—95% случаев. Отметим, что устройство дву­ кратного АПВ намного сложнее, чем однократного, что снижает его на­ дежность. Кроме того, применение двукратного АПВ увеличивает чис­ ло необходимых ревизий отключающих аппаратов. Поэтому в сельской энергетике пока основное применение получило однократное АПВ.

Кроме использования АПВ, в практике сельского электро­ снабжения широкое применение для снижения аварийного не-

отключающие участки при авариях. При этом неповрежденная часть линии продолжает нормально работать. Секционирование линий в од­ ной точке повышает надежность электроснабжения потребителей, рас­ положенных между этой точкой и источником, а для потребителей на участке линии за секционирующим аппаратом надежность элект­ роснабжения не меняется. Секционирование в нескольких точках

может быть параллельным (одноступенчатым), последовательным или смешанным (многоступенчатым).

Н а рисунке 4, а показана схема сельской сети с параллельным секционированием. Здесь на ответвлениях от магистрали установлен ряд автоматических секционирующих аппаратов, отключающих эти ответвления при возникновении на них аварии, причем вся магистраль и все неповрежденные ответвления продолжают обеспечивать нор­ мальное электроснабжение потребителей. Очевидно, что при таком секционировании аварийный недоотпуск электроэнергии получится только у потребителей, питающихся от данного ответвления, и коли­ чество недоотпущенной электроэнергии будет значительно меньше, чем в том случае, если бы не было секционирующего аппарата и ава­ рия на ответвлении ликвидировалась бы отключением головного подстанционного выключателя.

При параллельном секционировании не требуется согласовывать работу секционирующих аппаратов на ответвлениях, но действие всех аппаратов должно быть согласовано с действием головного выключа­ теля. Надежность электроснабжения при этом в большей или мень­ шей степени повышается для всех потребителей.

На рисунке 4, б изображена схема последовательного секциониро­ вания. В этом случае действие всех секционирующих аппаратов долж­ но согласовываться между собой и с действием головного выключателя. Надежность электроснабжения увеличивается для всех потреби­ телей, кроме тех, которые расположены за точкой установки послед­ него аппарата. Самую большую надежность электроснабжения при­ обретают те потребители, которые присоединяются к линии между головным выключателем и первым секционирующим аппаратом.

с работой аппаратов 11 к 9, а также с действием головного выключа­ теля. Работа аппарата 10 согласуется только с действием аппарата 9 и головного выключателя. При смешанном секционировании повы­ шается надежность электроснабжения всех потребителей, кроме при­ соединенных за последним секционирующим аппаратом 12.

В качестве секционирующих аппаратов используются предохра­ нители однократного или многократного действия, сетевые выключа­ тели различных конструкций и автоматические отделители (гл. X I ) . Вопрос о выборе типов секционирующих аппаратов, а также о рацио­ нальном их количестве решается конкретно для заданной сети и пи­ таемых ею потребителей на основе соответствующих технико-эконо­ мических расчетов (гл. XV) .

Г л а в а ill

УСТРОЙСТВО НАРУЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Как указано в главе I , в настоящее время электрическую энергию вырабатывают в основном крупные электрические станции, которые объединены между собой в энергетические системы.

Часть энергосистемы, состоящую из генераторов, распределитель­ ных устройств, повысительных и понизительных трансформаторных подстанций, электрических сетей и приемников электроэнергии, на­ зывают э л е к т р и ч е с к о й с и с т е м о й .

Э л е к т р и ч е с к и м и c e T j f м и называют части электриче­ ской системы, состоящие из подстанций и линий электропередачи раз­ личных напряжений.

В зависимости от назначения электрические сети разделяют на распределительные и питающие.

Р а с п р е д е л и т е л ь н о й (рис. 5) называют электрическую сеть, подводящую электроэнергию непосредственно от источника пи­ тания ИП к потребительским трансформаторным пунктам ТП или

ксамим потребителям, если это линия низкого напряжения.

Пи т а ю щ е й (рис. 6) называют электрическую сеть, по кото­ рой электроэнергию подводят к распределительным пунктам РП или подстанциям.

Из курса «Теоретические основы электротехники» известно, что для передачи электрической энергии на большое расстояние необхо­ димо повысить ее напряжение. Поэтому современная электрическая система обязательно включает повысительные подстанции, на которых при помощи трансформаторов повышается напряжение электрической энергии. В местах потребления размещают понизительные подстан­ ции, снижающие напряжение до такого значения, чтобы электроэнер­

На рисунке 7 приведен пример принципиальной схемы небольшой электрической системы, состоящей из трех районных электрических станций. Напряжение генераторов электростанций составляет 10 кВ (может быть до 24 кВ). Это напряжение повышают на наиболее уда­ ленной станции до 220 кВ, а на ближе расположенной до ПО кВ и затем передают энергию в общее кольцо напряжением ПО кВ. При этом в конце линии от удаленной станции сооружена подстанция 220/110 кВ. Кроме того, система обычно имеет линии связи с другими

Рис. 7. Примерная схема районной электрической системы.

системами (на рисунке не показаны). От общего кольца ПО кВ через понизительные подстанции 110/35 кВ питаются линии напряжением 35 кВ. Одна из таких линий показана на рисунке сверху. Эти линии подают энергию более мелким подстанциям 35/10 кВ . От подстанций расходятся распределительные сети напряжением 10 кВ с понизитель-

Рис. 8. Примерная схема сельской электрической системы.

Рис. 9. Примерная схема сети одиночной сельской электростанции.

ными трансформаторными пунктами ТП. На трансформаторных пунк­ тах напряжение понижают с 10 кВ до рабочего — 380/220 В.

Таким образом, электрическую энергию, прежде чем она достиг­ нет потребителя, несколько раз трансформируют, что вызывает необ­ ходимость сооружения большого количества трансформаторных под-

станций. Соединенные между собой системы образуют системы отдельных зон страны, а затем и Единую энергетическую систему

СССР. В настоящее время это уже осуществлено в европейской части

СССР, в Центральной Сибири, в Казахстане и Средней Азии.

На рисунке 8 изображена примерная схема сельской электросисте­ мы. В этом примере система состоит из двух гидроэлектростанций (ГЭС) и тепловой электростанции (ТЭС), работающих на общую сеть напря­ жением 10 кВ. Н а малых станциях обычно устанавливают генераторы низкого напряжения (400 В), а на более крупных станциях — генера­ торы высокого напряжения (6,3 кВ). И в том и в другом случае элект­ рические станции соединяют с сетью через повысительные трансфор­ маторные подстанции. Потребители получают электрическую энергию либо непосредственно от шин электростанций, либо от линии, связы­ вающей отдельные станции. Сельские системы часто соединяют с мощ­ ными электрическими системами.

В некоторых удаленных сельских районах еще есть одиночные сельские электростанции (рис. 9), работающие без связи с другими. На станции обычно устанавливают генераторы на напряжение 400 В, которое повышают до 10 кВ. С таким напряжением электроэнергию распределяют по всему району.

§1. Провода и кабели

Всельских электрических сетях в качестве материала для прово­ дов используют медь, алюминий и сталь. Медь применяют для изо­ лированных проводов внутри помещений и только в отдельных, очень редких случаях (на побережье моря, в районе химических заводов) — для воздушных линий. Алюминий используют как во внутренних проводах, так и в воздушных сетях. Сельские воздушные сети высо­ кого и низкого напряжения при малых нагрузках выполняют из ста­ ли. По своим электрическим и механическим характеристикам медь, алюминий и сталь значительно отличаются друг от друга.

Медь обладает высокой электрической проводимостью. Д л я приме­ няемой в технике твердотянутой меди удельная проводимость 7 = =53 м/(Ом-мм2 ). Механическая прочность меди также высока. Вре­ менное сопротивление на растяжение твердотянутой меди, то есть напряжение, при котором происходит разрушение материала, & = =39 кгс/мм2 . Плотность меди 8=8,9 г/см3 . Медные провода хорошо противостоят химическому воздействию различных веществ. Они от­ личаются тем, что, нахрдясь в воздухе, покрываются тонкой пленкой

менее прочен, чем медь. Временное сопротивление его &=16 кгс/мм2 . Плотность алюминия меньше, чем меди, и составляет всего 8 = =2,75 г/см3 .

Так же как и медь, алюминий не разрушается на открытом возду­ хе, покрываясь пленкой окислов.

Сталь обладает проводимостью, значительно меньшей, чем медь и алюминий. К тому же ее проводимость зависит от силы проходяще­ го по проводу переменного тока. При очень малом токе f =7, 5 м/(Ом-

стальные провода, окисляясь, покрываются ржавчиной, которая не защищает их от дальнейшего разрушения. Поэтому их изготовляют либо из оцинкованной проволоки, либо с присадкой 0,2—0,4% меди.

Широко распространены стале-алюминиевые провода, в которых внутренние проволоки выполнены из стали, а наружные — из алю­ миния. Стальные проволоки несут механическую нагрузку, алюми­ ниевые — электрическую и механическую.

Применяются также биметаллические провода. В них стальную жилу электролитически покрывают толстым слоем меди или алюми­ ния, что значительно повышает электропроводность провода.

Голые провода для воздушных линий выполняют однопроволочньши и многопроволочными.

Однопроволочные провода изготовляют только -аз меди сечением до 10 мм2 и стали диаметром до 5 мм, но медь в воздушных линиях не используют. Алюминиевые однопроволочные провода для воздуш­ ных линий применять нельзя.

Многопроволочные провода изготовляют из всех трех перечислен­ ных выше металлов. Их выполняют из проволок одинакового сечения. Количество проволок обычно равно 7, 12, 19 или 37. При таком коли­ честве проволок они лучше всего располагаются вокруг одной цент­ ральной. Многопроволочные провода обладают большей механической прочностью и гибкостью по сравнению с однопроволочными, поэтому их широко применяют в сельских сетях.

Материал и сечение голых проводов обозначают следующим об­ разом: буквами М, А и ПС выражают материал провода, а последую­ щими цифрами — его селение в квадратных миллиметрах. Например, А16 означает алюминиевый голый провод сечением 16 мм2 , ПС25 — провод стальной сечением 25 мм2 .

Однопроволочные стальные провода обозначают ПСОЗ,5; ПС04;

роустановок запрещают применять провода, сечение которых меньше нормы. Минимальные сечения зависят от напряжения линии (табл. 2).

проводов показан на рисунке 10.

В населенных местностях, при пересечениях рек и большинства инженерных сооружений при напряжениях 1—35 кВ алюминиевые провода линий должны быть сечением не менее 35 мм2 , а стале-алю-

миниевые и стальные 25 мм2 . Линии напряжением до 1000 В при пересечении инженерных сооружений во многих случаях выполняют

прокладывают открыто, в стальных трубах'или в полутвердых трубках. В последнем случае используют специальные контактные зажимы.

Однопроволочные изолированные провода изготовляют сечением 1—10 мм2 . Недостатком их является жесткость, что в ряде случаев затрудняет монтаж и эксплуатацию.

Многопроволочные провода изготовляют сечением 1—500 мм2 и бо­ лее. В зависимости от сечения проволок они бывают обыкновенными и гибкими. В последних диаметр каждой отдельной проволоки мень­ ше, а общее количество проволок больше.

Два гибких изолированных провода, скрученных вместе, называ­ ют шнуром.

Изоляция провода зависит от его конструкции и от рабочего на­ пряжения' на которое он рассчитан. Для примера опишем конструк­ цию изолированного провода марки ПР . Провод имеет медную луже­ ную жилу, покрытую слоем вулканизированной резин . В качестве защитного покрова на провод наложена оплетка из хлопчатобумаж­ ной пряжи, пропитанной противогнилостным составом.

Лужение провода необходимо для того, чтобы защитить медь от воздействия на нее серы, входящей в состав вулканизированной ре­ зины.

Провода ПР изготовляют на напряжение 500 и 3000 В. Маркиру­ ют провода ПР, как и все изолированные провода, следующим обра-

зом: ПР500—16. Буквы означают марку провода, первые цифры —

Для электрических кабельных линий характерны следующие пре­ имущества по сравнению с воздушными:

а) более длительный срок службы, отсутствие потребности в ма­ териалах для опор;

б) большая надежность эксплуатации из-за отсутствия внешних атмосферных воздействий, таких, как ветер, гололед, грозовые пере­

(в 2—3 раза) и при обычных конструкциях кабеля потребность в боль­ шом количестве цветного металла — свинца;

б) потребность в более квалифицированной рабочей силе при со­ оружении и эксплуатации кабельных линий;

в) трудность нахождения и исправления повреждений.

Несмотря на перечисленные недостатки кабельных линий, их це­ лесообразно применять в сельских районах, в первую очередь в юж­ ных безлесных, если будет снижена стоимость кабеля, а свинец в ка­ беле будет заменен пластмассой или алюминием.

Электрические кабели общего назначения выполняют с бумажной изоляцией, пропитанной специальными составами, или с резиновой. Кабели с резиновой изоляцией прокладывают в закрытых помещениях или применяют для питания подвижных потребителей.

освинцованными жилами.

Жилы кабеля состоят из большого числа проволок малого сечения. Кабели напряжением до 6 кВ и сечением до 16 мм2 изготовляют с круглыми жилами. При более высоких напряжениях и больших се­ чениях они имеют секторные жилы. Диаметр кабеля с секторными жилами на 8—15% меньше диаметра кабеля с круглыми жилами то­ го же сечения. Поэтому кабель с секторными жилами на 10—18% легче и на 10—15% дешевле.

На рисунке 11 показан кабель с секторными жилами на напряже­ ние 10 кВ. Каждая жила изолирована бумагой, пропитанной массой,